Verständnisfrage: Work [kJ] vs. [kCal]

[CharlieM]

Hallo zusammen,

angenommen ich fahre von A nach B und berechne auf Basis meines Leistungsmessers eine verrichtete Arbeit von 1000kJ. Der physikalische Hintergrund dafür ist mir eigentlich klar.
Jetzt möchte ich wissen wie viele kCal ich in meinem Körper (theoretisch) verbrannt habe und nachfolgend wieder auftanken muss. Der Wirkungsgrad des Körpers scheint einigermaßen bekannt und konstant zu sein (unabhängig vom Trainingsgrad?), und soll bei 20..25% (= ~4:1) liegen. Und da zufällig auch der Umrechnungsfaktor zwischen J und cal bei 4:1 liegt, kann ich grob gerechnet den Zahlenwert der geleisteten Arbeit (in [kJ]) einfach als verbrauchte Energie annehmen (in [kCal]). => 1000kCal verbrannt.
D.h. im Endeffekt, dass die Anzahl der verbrannten Kalorien nicht vom Trainingszustand abhängt und bei jedem gleich ist, der dieselbe Leistung aufbringt. Soweit so gut.

Wenn ich aber die "üblichen" Näherungsformeln zur Berechnung des Kalorienverbrauchs auf Herzfrequenzbasis anwende, ist dieser aber sehr wohl vom Trainingszustand abhängig. Ein Anfänger wird bei gleichem Zug auf der Kette einen deutlich höheren Puls haben, verglichen mit einem austrainierten Fahrer. D.h. beide hätten einen unterschiedlichen Kalorienverbrauch.

Wo liegt mein Denkfehler? Oder ist das Herzfrequenz-Näherungsmodell einfach so ungenau?

Danke.

 

[GerdO]

Ein Anfänger wird bei gleichem Zug auf der Kette einen deutlich höheren Puls haben, verglichen mit einem austrainierten Fahrer. D.h. beide hätten einen unterschiedlichen Kalorienverbrauch.
Wo liegt mein Denkfehler?

Der Anfänger fährt, "bei gleichem Zug auf der Kette" (gleiche Haltung und Materia vorrausgesetzt), genauso schnell wie der Profi. Sie haben beide denselben Kalorienverbrauch. Der Anfänger ist aber nicht fähig denselben Zug auf die Kette zu bringen wie ein Profi und auch nicht so lange. Deshalb fährt der Profi schneller und länger als der Anfänger.

Leistundsangaben aus Pulsdaten sind quatsch. Bestenfalls kann man von der HF auf die Leistung eines einzelnen Sportlers schließen, wenn man die notwendigen Parameter kennt. Man kann aber nicht von der Leistung und HF des Sportlers A auf die Leistung des Sportlers B bei bekannter HF schließen.

Alle, wirklich alle Berechnungen von Kalorienverbrauch und/oder Leistung aus Pulsdaten ohne Leistungsmessung sind willkürlich geraten und haben mit der Realität bestens zufällig etwas zu tun. Das sieht man schon daran, daß solche Berechnungen bei jedem Pulsuhrmodell völlig anders ausfallen.

 

[Osso]

der ist das Herzfrequenz-Näherungsmodell einfach so ungenau?

Man kann aus der HF nicht auf den Energieverbrauch schließen. Die Herzfrequenz ist ein Indikator für die relative Auslastung. Auf den Energieverbrauch kann man nur dann schließen wenn man für den relative Auslastung einen absoluten Bezugspunkt hat.
Wenn z.b. die HF bei VO2max und die VO2max ( und damit den Energieverbrauch) kennt, kann man auf submaximale Leistungen zurückrechnen das es einen Korrelation zwischen HF und Sauerstoffverbrauch gibt

Tatsächlich ist das noch ein Stück komplizierter, das der Zusammenhang zwischen HF und Leistung auch nicht wirklich fix ist sondern die HF auch von anderen Parametern aus der Leistung beeinflusst wird

 

[Mi67]

Oder ist das Herzfrequenz-Näherungsmodell einfach so ungenau?

Ja.

es ist sehr einfach:
1 Wattstunde physikalisch = 3,6 kJ physikalisch = 0,86 kCal physikalisch ~ 4 kCal metabolisch = 1 g KH oder knapp 0,5 g Fett

Wer also eine 2-h-Runde mit durchschnittlich 200 W tritt, der hat ca. 1600 kCal verbraucht. Das sind je nach Trainingsstand, Nüchternheit bzw. gegessen-Haben mit unterschiedlicher Fettflussrate vergesellschaftet sind. Tatsächlich könnten es zwischen 400 g KH + 0 g Fett und 200 g KH und 100 g Fett gewesen sein, die den Antrieb befeuert haben.

 

[CharlieM]

Vorab danke für die sehr guten Antworten.

Nachdem ich mich in den letzten Tagen mit diesem Thema gedanklich stärker beschäftigt habe, ist mir aufgefallen, dass Garmin hier auch "komisch" rechnet.
Ausgangslage: Meine Partnerin (20kg leichter und kleiner) und ich fahren eine flache Strecke 90min/35km. Keine Anstiege - von Autobahnbrücken abgesehen. Unsere Powermeter zeigen im Flachen und beim Nebeneinanderfahren fast immer das gleiche an. Soweit alles gut und erwartet. Doch plötzlich klingelt der 500kCal-Alert von ihr. Zu diesem Zeitpunkt habe ich "nur" 488kCal verbraucht obwohl ich fast durchgängig vorne gefahren bin. Ich hätte das eher umgekehrt und mit mehr "Abstand" erwartet.

Zuhause habe ich das dann nachgerechnet und komme mit meiner Rechnung zu folgenden Werten:
Meine Werte: 531kCal (lt. Garmin Edge1000); 521kCal (lt. meiner eigenen Rechnung auf Basis aller Messwerte des .fit-Files)
Ihre Werte: 543kCal (lt Garmin Edge1000); 471kCal (lt. meiner Rechnung)

Meine Werte kommen mir plausibler vor, da diese rein auf den physikalisch gemessenen Leistungswerten beruhen.
1.) Liege ich da mit meiner Einschätzung/Rechnung halbwegs richtig?
2.) Rechnet Garmin da noch Geschlecht, Gewicht, Alter, Puls, sonstwas rein (obwohl Powermeterdaten vorliegen)?

 

[Mi67]

Nachdem ich mich in den letzten Tagen mit diesem Thema gedanklich stärker beschäftigt habe, ist mir aufgefallen, dass Garmin hier auch "komisch" rechnet.
Ausgangslage: Meine Partnerin (20kg leichter und kleiner) und ich fahren eine flache Strecke 90min/35km. Keine Anstiege - von Autobahnbrücken abgesehen. Unsere Powermeter zeigen im Flachen und beim Nebeneinanderfahren fast immer das gleiche an. Soweit alles gut und erwartet.

Wieso erwartet? Wenn sie 20 kg leichter ist, dann sollte sie für gleiches Tempo in Parallelfahrt weniger Leistung benötigen als Du.

 

[CharlieM]

Wieso erwartet? Wenn sie 20 kg leichter ist, dann sollte sie für gleiches Tempo in Parallelfahrt weniger Leistung benötigen als Du.

Ok, richtig. Das schiebe ich aber auf die Ungenauigkeit der beiden Leistungsmesser. Wenn man das akzeptiert, sollte daraus resultierend aber keinesfalls für diese Fahrt ein höherer Kalorienverbrauch für sie rausspringen. Darauf wollte ich hinaus.

 

[Mi67]

..., sollte daraus resultierend aber keinesfalls für diese Fahrt ein höherer Kalorienverbrauch für sie rausspringen. Darauf wollte ich hinaus.

Das stimmt. Womöglich ist die Garmin-Rechnung überhaupt nicht an das Powermeter geknüpft? Andere Daten (Tempo, Höhenmeter, Fahrergewicht/-größe, Herzfrequenzbereiche, ...) heranzuziehen, ist ja leider ziemlich weit verbreitet bei den meist sehr optimistisch rechnenden kCal-Schätzeisen.

 

[JA2]

Das stimmt. Womöglich ist die Garmin-Rechnung überhaupt nicht an das Powermeter geknüpft? Andere Daten (Tempo, Höhenmeter, Fahrergewicht/-größe, Herzfrequenzbereiche, ...) heranzuziehen, ist ja leider ziemlich weit verbreitet bei den meist sehr optimistisch rechnenden kCal-Schätzeisen.

ist sie auch nicht ... wahrscheinlich irgendeine formel in verbindung mit gewicht, alter, HF, ...

bei ca 3:45 stden und AV 201 watt attestierte garmin mir ca 1900 kcal

 

[JA2]

Wieso erwartet? Wenn sie 20 kg leichter ist, dann sollte sie für gleiches Tempo in Parallelfahrt weniger Leistung benötigen als Du.

ja? ist das so im flachen

 

[Mi67]

ja? ist das so im flachen

Ich ergänze: "20 kg leichter und kleiner".
Wenn sie im Flachen die selbe Leistung benötigt, wie ein 20 kg schwererer und größerer Fahrer, dann müsste ihre Position auf dem Rad bedeutend schlechter sein. Nicht unmöglich aber auch nicht sehr wahrscheinlich.

 

[ronde2009]

Oder andere Materialunterschiede.

 

[Leon96]

Vielleicht Hollandrad!

 

[JA2]

Oder andere Materialunterschiede.

Vielleicht Hollandrad!

jungs,alles recht irrelevant im flachen

größe, sitzposition und kleidung sind da die faktoren ... ansonsten ... kaum unterschiede bei den watts bei parallelfahrt und gleichem tempo im flachen

 

[JA2]

"im Flachen" ist nie flach. Da geht es immer irgendwie bergauf oder bergab. Nur dass die % weniger sind. Die gefahrenen hm pro min sind aber nicht niedrig, weil die V vergleichsweise hoch ist.

Man profitiert vom Windschatten. Erste Frage wäre, ob die Frau im Windschatten gefahren ist. Üblicherweise fahren Frauen in einer Gruppe immer vorne gegen den Wind. Das würde die Theorie von Mi67 bestätigen. Weniger kg = weniger Windwiderstand.

Nach Coggan/Allen ist alleine die Wattzahl/kg Körpergewicht entscheidend. Das gilt nicht nur am Berg, sondern auch in der Ebene.

dieses problem hat mir wirklich schlaflose nächte bereitet
danke dass du uns klärend zur seite gestanden hast

 

[CharlieM]

Identisches Material - bis auf die Rahmengröße; jeweils kein Hollandrad ;-)
Unsere Sitzpositionen sind ziemlich ähnlich aufrecht. Die Körperproportionen aber unterschiedlich. Sie Sitzriese, ich lange Extremitäten. Dennoch ist meine Helmoberkante ca. 10..15cm höher... Fehlen noch weitere wichtige Details? ;-)

> Nach Coggan/Allen ist alleine die Wattzahl/kg Körpergewicht entscheidend. Das gilt nicht nur am Berg, sondern auch in der Ebene.
Beim Nebeneinander herfahren in der Ebene zählt hauptsächlich der Luftwiderstand. Das Gewicht ist (außer beim Beschleunigen) eigentlich egal und somit ist auch W/kg irrelevant. Man könnte evtl. noch W/m² (Windwiderstandsfläche) einführen. ;-)

> bei ca 3:45 stden und AV 201 watt attestierte garmin mir ca 1900 kcal
rechnerisch würde ich da eher 2700kCal erwarten. Bei einer meiner Touren mit 3:33h sagt Garmin: AV 155W => 1974kCal. Meine Rechnung sagt: 161W => 2047kCal.

Ich möchte nicht glauben, dass Garmin die Leistungsdaten ignoriert - das wäre ja Quatsch. Ich habe aber nochmal in alte Messdaten geschaut (noch ohne Powermeter) und da berechnet Garmin deutlich plausiblere Kalorienwerte als die "üblichen" HF-basierten Näherungsformeln - die sind bei mir immer viel zu hoch. So schlecht ist Garmin selbst ohne Leistungsdaten nicht. Also hoffe ich, dass sie diese auch verwenden, wenn sie schon vorliegen. Es sind ja auch keine großen Abweichungen. Und es fällt auch nur beim direkten Vergleich zweier Fahrer/Räder auf. Für sich genommen ist das ja noch alles halbwegs ok - aber eben die eigenen Rechnungen sind noch einen Tick plausibler

 

[pepperbiker]

Was der Garmin rechnet müsste man mal gezielt austesten. Ich habe gerade mal bei Sigma geschaut. Der scheint die HF zu nehmen, obwohl er das Powermeter nehmen könnte. Das Arbeit/kcal-Feld leer, wenn kein Brustgurt im Einsatz war. Wie oben schon erwähnt ist die ganze HF-Rechnung aber nur ein grobes Schätzeisen. Bei mir schwankt der sweetspot dermaßen im Moment, da kann nichts vernünftiges rauskommen.

Normalerweise wird beim Radfahren ein Wirkungsgrad im Bereich 21-22% angenommen. Der stimmt meines Wissens nach aber eben nur fürs Radfahren. Das sich das zufällig in der Größenordnung des Umrechnungsfaktors bewegt, ist reiner Zufall. Trainierbar ist der Wirkungsgrad auch nicht wirklich, sondern eher genetisch bedingt (außer man "verschwendet" Energie bspw. in eine wackelnde Hüfte oder ähnliches). Die genetischen Abweichungen sind aber recht gering (1 bis 2%).

Die Definition für kcal ist übrigens mal die Folgende: Man benötigt 1 kcal (= 4,186 kJ) Energie um 1 kg flüssiges Wasser um 1 Kelvin zu erwärmen. Das kcal gern populärwissenschaftlich gern mit Kalorien gleichgesetzt wird, dazu sag ich jetzt nichts.

 

[JA2]

Was der Garmin rechnet müsste man mal gezielt austesten. ...

ruf doch der einfachheit halber den garmin support an und frag nach, wenn das problem so bedeutend ist ... oder nimm die gefahrenen durchschnittswatt plus Michaels formel und rechne es dir selbst aus, falls du mit PM fährst

 

[JA2]

Ich möchte nicht glauben, dass Garmin die Leistungsdaten ignoriert - ..

wenn ich den edge 500 oder 800 in meine tricot tasche stecke und damit meine spinclass oder mein krafttraining im gym monitore become ich meine "verbrauchten kcal" auch angezeigt ohne irgendeinen powerinput. der garmin orientiert sich in diesen fallen ausschließlich an der HF und den eingegebenen "persönlichen eckdaten".
wenn ich meine radfahrten auswerte passen die verbrauchten kcal nicht zu den gefahrenen leistungsdaten sondern eher zu meinem "altersbedingten" niedrigen (durchschnitts-) puls .
ob der garmin von HF- auf power- input umschaltet wenn ein PM connected ist, ... ???
aber letztendlich kann dir da der G-helpdesk/support auskunft geben ... hoffentlich

 

[AP0C]

[...]

Zuhause habe ich das dann nachgerechnet und komme mit meiner Rechnung zu folgenden Werten:
Meine Werte: 531kCal (lt. Garmin Edge1000); 521kCal (lt. meiner eigenen Rechnung auf Basis aller Messwerte des .fit-Files)
Ihre Werte: 543kCal (lt Garmin Edge1000); 471kCal (lt. meiner Rechnung)

Meine Werte kommen mir plausibler vor, da diese rein auf den physikalisch gemessenen Leistungswerten beruhen.
1.) Liege ich da mit meiner Einschätzung/Rechnung halbwegs richtig?
2.) Rechnet Garmin da noch Geschlecht, Gewicht, Alter, Puls, sonstwas rein (obwohl Powermeterdaten vorliegen)?

Ich würde nicht davon ausgehen, dass Garmin da noch etwas rein rechnet. Zum Spaß könnt ihr aber ja mal deine Freundin etwas dicker machen.

Ich würde eher auf Unterschiede bei der numerischen Integration tippen. Ich weis das Garmin damals bei den eTrex und Oregon Geräten beim Abspeichern eines Tracks die Anzahl der Punkte reduziert hat. Möglicherweise macht das Edge das auch. Es kann also sein, dass du kleine, schnelle Leistungsänderungen im .fit-File garnicht mehr siehst (quasi sowas wie Abtasttheorem). Auf der anderen Seite kann es auch sein, dass das Garmin garnicht jeden Punkt für die Integration nutzt um Rechenleistung einzusparen. Die Liste könnte man nun noch beliebig verlängern aber wo Numerik im Spiel ist sind auch eine Menge stolperfallen.