Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik 6A Pelztierkontrolle für Temperaturregelung


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von Niklas A. (niklas_a)


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Guten Morgen,

Ich versuche zur Zeit eine temperaturgeregelte Kühleinheit für einen 
Wasserkreislauf zu basteln. Das ganze soll zufließendes Wasser mit einem 
Wasserkühler aus der PC-Technik auf eine definierte Temperatur bringen. 
Die Abwärme soll mit einem CPU-Luftkühler wieder abgelüftet werden. 
Soweit so gut, der mechanische Aufbau ist da denke ich recht 
unproblematisch.
Unangenehm erscheint mir noch die Ansteuerung des Pelztiers. Die 
gewünschten Temperaturdifferenzen sind nicht so groß und meine benötigte 
Kühlleistung liegt bei ~10W, eher weniger. Nur die Konstantheit der 
Temperatur liegt mir eben am Herzen. Um die Anregelzeit der ganzen 
Apparatur in Grenzen zu halten, dachte ich jetzt an ein ~50W 
Peltier-Element (wenn man wüsste wieviele Wärmetransport/el. Leistung 
das macht, wäre das auch klasse, aber irgendwie sind die Datenblätter 
sämtlicher Peltiers beim großen R nicht so aussagekräftig? oder überseh 
ich was?).
Das eigentliche Problem liegt jetzt aber in der Stromregelung. Normale 
PWM ist dabei ja anscheinend nicht so beliebt, da die Verlustleistung am 
Peltier damit nicht wirklich sinnvoll skaliert und die Elemente da auch 
nicht so glücklich drauf reagieren.
Eine wirklich gute Ansteuerung für größere Peltiers habe ich da noch 
nicht gefunden, hat jemand von euch da Erfahrung?
Gewünscht ist folgendes:
Versorgungsspannung 12-20V
Ausgangsstrom max. 6A
Nur kühlen, warm wird´s von allein wieder!

Die Frage ist nun, lohnt es sich eine "aufwendige" Schaltung zu bauen ( 
sowieso ein Einzelstück..) die das ganze mit einem stromgeregelten 
Step-Down-Wandler macht oder ist der einfache, aber extremst 
ineffiziente Weg mit 2 OPA548 in Parallel als Stromquelle der bessere 
Weg? Ob man da noch 20W mehr verheizt ist bei dem Pelztier wohl auch 
egal?

Falls schonmal jemand etwas ähnliches gemacht hat, wäre ich über 
Erfahrungen dankbar :)

LG,
Niklas

von Dirk D. (dicky_d)


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Wenn dein pwm schnell genug ist glätte das doch einfach.
JA, du wirst Restwelligkeit haben und das ist schlecht für den 
Wirkungsgrad, aber der ist dann besser als bei ner linearen Ansteuerung.

Alternativ kann dein PWM sehr langsam sein, also im bereich meherer 
Sekunden, das geht natürlich nur wenn dein System genug thermische 
Kapazität hat un das sinvoll zu puffern. Wie groß ist dein 
Wasserspeicher, und wie genau willst du die Temperatur halten?

von Jojo S. (Gast)


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https://www.maximintegrated.com/en/products/power/switching-regulators/MAX1969.html
Nachteil: Maxim IC sind teuer und nicht an jeder Ecke erhältlich. Aber 
vielleicht kriegst du eins als Sample.

von Felix Adam (Gast)


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Oder selber aufbauen, Vorlage hier (weiter unten):

Beitrag "Peltier-Element Regelung"

von Niklas A. (niklas_a)


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Ahoi,

Danke schonmal für eure schnellen Antworten.
Die Temperaturgenauigkeit sollte so bei +-0.5° Grad liegen, weniger wäre 
nicht schlecht, aber das ist Luxus. Das Problem ist, dass das ganze 
eigentlich eine Temperatur am "anderen Ende" der Schlauchleitungen 
stabil halten soll --> hässliche Totzeit in der Regelstrecke! 
Andererseits sind keine schnellen Wechsel der Temperatur zu erwarten.
Das Wasservolumen wird so klein wie möglich gehalten, hoffe mit 1-2L 
hinzukommen.
@Felix
Dein Aufbau gefällt mir! Mit was für einem µC hattest du das ganze 
gemacht? Deine Schaltfrequenz scheint ja recht hoch gewesen zu sein bei 
"nur" 10u Induktivität.
Ich hab gerade noch ein Instructable im Hinterkopf wo es um einen MPPT 
Solarlaeregler ging, der hatte mit IR2104 das ganze sogar in synchron 
aufgebaut. Wofür hattest du eigentlich den hochgenauen ADC für die 
Strommmessung gebraucht? Mir wäre gerade ein einfacher Hallsensor in 
Richtung ACS712 in den Sinn gekommen, denke die Auflösung über den 
ATMega ADC sollte genügen?

LG,
Niklas

von Lurchi (Gast)


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Das Peltierelement größer zu wählen passt schon mal gut zur kleinen 
Temperaturdifferenz. Ob es sich lohnt eine Aufwändigere Stromsteuerung 
per Schaltregler (oder ähnlich) zu machen hängt davon ab wie gut man die 
Leistung abschätzen kann - wenn man vorher recht genau weiss wie viel 
Strom man braucht, könnte man ein passende Netzteil wählen und die 
Verlustleistung bliebe in Rahmen. Wenn man aber die Leistung über einen 
größeren Bereich regeln muss, lohnt sich der Schaltwandler in der Regel 
schon:

Wenn man die Regelung per µC macht, kann der µC auch gleich ein 
passendes schnelles PWM Signal erzeugen, dass dann per Induktivität, 
Diode und ggf. Kondensatoren geglättet wird. Dabei kann das 
Peltierelement einiges an Rippel verkraften, man braucht also keine so 
gute Glättung.

Für eine gute Regelung sollte man mehr als einen Temperatursensor 
nutzen: neben der Ausgangstemperatur auch noch die Temperatur der warmen 
Seite und ggf. auch die Eingangstemperatur, wenn die stärker schwankt.

von S R (Gast)


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Denkst du daran, dass der ganze mechanische Aufwand auch wieder - je 
nach Rohr/Schlauchlänge - Wärme einträgt?

Die Pumpe auch! Mit 10W Leistung werden davon fast 100% im Wasser (= als 
"Wärme") landen...

10W Kälteleistung mit einem 50W Pelztier halte ich auch für knapp.

von Felix Adam (Gast)


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Ich habe damals einen XMega dafür genommen (brauchte die viele 
Peripherie), es würde aber auch ein ATmega oder vergleichbares reichen. 
Und wenn ich den richtigen Sourcecode gefunden habe, dann waren das ca. 
81kHz.

von Lurchi (Gast)


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Eine genaue Strommessung wird man nicht benötigen. Eine einfacherer 
Messung der Spannung am Pletierelement tut es in der Regel auch. An sich 
sollte da auch ein 10 Bit ADC ausreichen. Wenn die Spannungsquelle (z.B. 
12 V) stabil ist, würde es sogar ohne messen des Stromes oder der 
Spannung am Pletierelement gehen.

Als µC sollte auch ein 8 Bit AVR oder was ähnliches ausreichen, denn die 
eigentliche Regelung ist relativ langsam. Wegen der Totzeit könnte man 
ggf. einen zusätzlichen Sensor (am Ausgang des Peltierlements) nutzen, 
und etwa mit einem Kaskadenregler arbeiten. Je dünner der Schlauch, 
desto kleiner die Totzeit.

von Flash (Gast)


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Niklas A. schrieb:
> eigentlich eine Temperatur am "anderen Ende" der Schlauchleitungen
> stabil halten soll --> hässliche Totzeit in der Regelstrecke!

Worauf beruhen denn die Störgrößen in der Strecke? Wie kommen die 
Störgrößen zustande? Erst danach stellt sich die Frage, wie eine 
Regelstrecke mit dem Ziel der Totzeit-Vermeidung zu konstruieren wäre. 
Ggf ein kleines mathematisches Modell zur Vorsteuerung einbinden.

von Felix Adam (Gast)


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Wäre es vielleicht möglich, den Schlauch zwischen Peltierelement und 
"Ziel" zu isolieren, z. B. mit für Heizungskreisläufe verfügbaren 
Schaumstoffummantelungen?

von Niklas A. (niklas_a)


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Ahoi,

Die Länge der Verschlauchung wird bei weniger als zwei Meter liegen und 
eine Lage Armaflex als Isolation sollte dann auch etwas Isolation 
bieten. Der Gedanke einen dünnen Schlauch zu verwenden um die 
Durchflussgeschwindigkeit zu erhöhen ist auch gut.  Der Wärmeeintrag der 
Pumpe ist noch eine interessante Frage aber vermutlich schwierig ohne 
Tests zu behandeln, ähnlich den Wärmeübergangswiderständen von 
CPU-Kühlern...
Laut dem Datenblatt ( ist übrigens das TECB1 Element,falls jemand 
schauen möchte) ist die maximale Kühlleistung bei 10° 
Temperaturdifferenz ~45W, mit nem großen Lüfter sollte das erreichbar 
sein und genug Luft lassen um auch ein wenig zusätzliche Abwärme 
loszuwerden. Schön wäre natürlich im laufenden Betrieb im Bereich von 
1-2A zu landen wo der COP bei >2 liegt.
Ich stell mir gerade eine 3 Stufige Kaskadenregelung vor, Messung der 
Temperatur am Schlauchende(Messpunkt), Messung am 
Peltierelement(abfließendes Wasser) und Messung des Stroms.
Danke für´s erste, Neuigkeiten gibt´s sobald die Bauteile da sind und 
ich erste Messungen machen konnte!

LG
Niklas

von Der Andere (Gast)


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Wikipedia sagt:
"Ein Nachteil der Peltier-Elemente ist der niedrige Wirkungsgrad von ca. 
1/10 des Carnot-Wirkungsgrades."
Quelle: https://de.wikipedia.org/wiki/Peltier-Element

Der Carnot-Wirkungsgrad dürfte bei mindestens 20-30K höherer 
Kühlkörpertemperatur bei max. 0.9 liegen.
Also bräuchtest du für 10W tatsächliche Kühlleistung ca. 110W.

und 10W bei der hohen Wärmekapazität von Wasser ist so gut wie nichts.

von Niklas A. (niklas_a)


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Ihr antwortet vielleicht schnell ;-)
@Flash
Die Störgröße ist im Endeffekt die Raumtemperatur, es geht darum eine 
Fläche von ca. 10*10cm auf etwa 2°C unter Raumtemperatur zu halten. In 
den Räumen ist aber eher nicht mit spontanem Stoßlüften zu rechnen.

von S R (Gast)


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Der Andere schrieb:
> Der Carnot-Wirkungsgrad dürfte bei mindestens 20-30K höherer
> Kühlkörpertemperatur bei max. 0.9 liegen.
> Also bräuchtest du für 10W tatsächliche Kühlleistung ca. 110W.

Die Datenblätter sprechen da auch eine ganz andere Sprache, 
erfahrungsmäßig glaube ich aber auch eher die 10%.

Niklas A. schrieb:
> Laut dem Datenblatt ( ist übrigens das TECB1 Element,falls jemand
> schauen möchte) ist die maximale Kühlleistung bei 10°

(Korrekt: Laut des Datenblattes [...] 10 K Differenz)

--> Ich glaube nicht, dass du 10K erreichst. Allein der Übergang 
Peltier[kalt] -> Wasser wird die 10K fast auffressen.

Niklas A. schrieb:
> 1-2A zu landen wo der COP bei >2 liegt.

Meinst du mit 10W el. 20Wth ???

von Pandur S. (jetztnicht)


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Aus eigener Erfahrung, der Wirkungsgrad liegt mit Kuehlen bei 1:1,6 .. 
1:2,6 im Vergleich zu Heizen.

Beim Heizen ist der Wirkungsgrad naemlich auch nicht 100%. Die 100% beim 
Heizen erreicht man nur, wenn die passive Seite isoliert, ohne 
thermische Masse ist. Hier hat man aber ein Kuehlflaeche.

von Flash (Gast)


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Niklas A. schrieb:
> Ihr antwortet vielleicht schnell ;-)
> @Flash
> Die Störgröße ist im Endeffekt die Raumtemperatur, es geht darum eine
> Fläche von ca. 10*10cm auf etwa 2°C unter Raumtemperatur zu halten. In
> den Räumen ist aber eher nicht mit spontanem Stoßlüften zu rechnen.

Ich versuch das jetzt einmal für mich umzusetzen. Eine Fläche von 10*10 
cm, die ausschließlich von der Raumtemperatur beeinflußt wird, soll mit 
konstanter Differenz von 2 Kelvin zur Raumtemperatur gehalten werden. 
Bei der Raumtemperatur handelt es sich um eine gewöhnliche und damit 
normale Wohnraumtemperatur - ist da meine Annahme richtig?

Warum jetzt der Umweg mit Kühlwasser, Pelztieren und Lüftern? Mit 
Pelztieren kann man auch direkt kühlen! Das würde enorm die 
Regelschleife und insgesamt den Aufwand verringern - und gleichzeitig 
die Qualität der Regelung ernorm verbessern.

Die Kühlleistung ließe sich sogar (fast) exakt ermitteln. Die beruht 
nämlich bei normaler Konvektion im wesentlichen auf dem Delta-t von 2 
Kelvin, der Fläche, dem spezifischen Wärmeinhalt der Luft und diversen 
anderen Faktoren. Der einzige Faktor der sich in der Beziehung ändert 
ist die Konvektion, Stoßlüftung wurde aber ausgeschlossen, bleiben also 
nur gelegentliche Luftzüge?

Wenn die erforderliche Kühlleistung über den breiten Daumen ermittelt 
ist, ist der Rest auch kein Problem mehr.

Aber warum willst du unbedingt einen Wasserkreislauf mit Pumpe, Pelztier 
und Luftkühler installieren?

von Dirk D. (dicky_d)


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Bei der Pumpe kommt es stark drauf an obs ne Tauchpumpe ist oder nicht.
Die Typische Aquariumpume die mit 2 Schläuchen im Trockenen steht 
erwärmt das Wasser fast nicht sondern gibt den Großteil der wärme an die 
Umgebung ab.

von Sören (Gast)


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Dirk D. schrieb:
> erwärmt das Wasser fast nicht sondern gibt den Großteil der wärme an die
> Umgebung ab.

Ich habe keine Ahnung wie hoch der Wirkungsgrad einer solchen Pumpe ist. 
Nehmen wir 50% an, dann landen auch 50% der Energie in der Erwärmung des 
Wassers. (Ok, ein bisschen rödelt und rattert die Pumpe...)

von Flash (Gast)


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Sören schrieb:
> Dirk D. schrieb:
>> erwärmt das Wasser fast nicht sondern gibt den Großteil der wärme an die
>> Umgebung ab.
>
> Ich habe keine Ahnung wie hoch der Wirkungsgrad einer solchen Pumpe ist.
> Nehmen wir 50% an, dann landen auch 50% der Energie in der Erwärmung des
> Wassers. (Ok, ein bisschen rödelt und rattert die Pumpe...)

Die mechanische Arbeit, also der entsprechende Anteil, der über den 
Wirkungsgrad definiert wird, landet eh im Wasser, ohne diese Energie 
käme kein Durchfluss zustande. Der andere Anteil von der aufgenommenen 
Gesamteneregie verliert sich in verschiedene Anteilen in anderen 
Energieformen, wie Wärme, Geräuschen usw. also nicht nur Wärme, wobei 
die Wärme nicht unbedingt ins Wasser abfließen muss, die kann zum 
Beispiel auch über die Gehäuseoberfläche der Pumpe nach außen abfließen, 
ohne jemals mit dem Wasser in Berührung zu kommen.

von Sören (Gast)


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Flash schrieb:
> Die mechanische Arbeit, also der entsprechende Anteil, der über den
> Wirkungsgrad definiert wird, landet eh im Wasser

Und genau dieser Anteil erwärmt das Wasser - nichts anderes habe ich 
behauptet.

von Sebastian S. (amateur)


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Für eine Masse von 1 bis 2 Kilogramm Wasser, reicht eine lahme Ente als 
Regler völlig aus. Im Gegentum, ein langsamer Regler kann hier sogar von 
Vorteil sein. Latürnich abhängig von den Hauptbeteiligten: 
Zulauftemperatur und Wasserumsatz.

Bei üblichen Pumpen sind der Antrieb - auch bei kleinen Systemen - und 
die eigentliche Pumpe, durch eine, der Leistung entsprechenden Achse, 
voneinander getrennt. Aus diesem Grund ist eine Erwärmung des Wassers, 
im Normalbetrieb nicht zu erwarten. Natürlich sollte der Motor seine 
Wärme irgendwo loswerden können.

Ich würde mir eher Gedanken darüber machen, wie ich die Kühlleistung ins 
Wasser bekomme und an welchen Punkten ich die Temperatur messen 
möchte...
0,5° sind zwar, wenn’s um Wasser geht, leicht zu messen, sie aber 
einzuhalten ist ein anderes Problem. Allerdings keins, bei dem es um 
Schaltfrequenz (Schaltverluste) und Rechenleistung (Abwärme) geht.

von Flash (Gast)


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Sören schrieb:
> Flash schrieb:
>> Die mechanische Arbeit, also der entsprechende Anteil, der über den
>> Wirkungsgrad definiert wird, landet eh im Wasser
>
> Und genau dieser Anteil erwärmt das Wasser - nichts anderes habe ich
> behauptet.

Das ist aber eine stark vereinfachte Annahme. Wo bleibt die kinetische 
Energie, um z.B. Höhenunterschied zu bewältigen? Wo bleibt die Energie, 
die Fließgeräusche verursacht? Und es ist doch gar nicht gesagt, dass 
die volle Wirkleistung, die am Antrieb zur Verfügung stehen könnte, denn 
auch wirklich abgerufen wird?

von L. H. (holzkopf)


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Niklas A. schrieb:
> Das Wasservolumen wird so klein wie möglich gehalten, hoffe mit 1-2L
> hinzukommen.

Mal ganz ketzerisch gefragt:
Warum das denn?
Mit (üblicherweise) fast nichts kann so gut Wärme abgeführt werden wie 
mit Wasser.
Wozu also das Wasservolumen klein halten?

von Sören (Gast)


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Flash schrieb:
> Wo bleibt die kinetische Energie, um z.B. Höhenunterschied zu
> bewältigen?

Es ist ein geschlossener Kreislauf. Da wird diese "Energie" nicht 
benötigt.

Grundlagen..........!

von Sören (Gast)


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Flash schrieb:
> Und es ist doch gar nicht gesagt, dass die volle Wirkleistung, die am
> Antrieb zur Verfügung stehen könnte, denn auch wirklich abgerufen wird?

Das habe ich auch nie behauptet. Ich habe nur gesagt dass man das 
berücksichtigen sollte. Er hat ja nicht mal gesagt welche Pumpe 
eingesetzt werden soll, geschweigedenn mit welcher Leistung.


Und das bisschen Fliessgeräusch ist größenmässig irrelevant. Bei einer 
Schätzung dieser Art kann man das vernachlässigen.

von Dirk D. (dicky_d)


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Flash schrieb:
> Sören schrieb:
>> Dirk D. schrieb:
>>> erwärmt das Wasser fast nicht sondern gibt den Großteil der wärme an die
>>> Umgebung ab.
>>
>> Ich habe keine Ahnung wie hoch der Wirkungsgrad einer solchen Pumpe ist.
>> Nehmen wir 50% an, dann landen auch 50% der Energie in der Erwärmung des
>> Wassers. (Ok, ein bisschen rödelt und rattert die Pumpe...)

Sören schrieb:
> Flash schrieb:
>> Die mechanische Arbeit, also der entsprechende Anteil, der über den
>> Wirkungsgrad definiert wird, landet eh im Wasser
>
> Und genau dieser Anteil erwärmt das Wasser - nichts anderes habe ich
> behauptet.

Der Wirkungsgrad bei kleinen Nassläuferpumpen, und das sind die Meisten 
Aquariumpumen liegt zwischen 5 und 25%.

Damit ist bewiesen: wir liegen alle richtig (wenn's keine Tauchpumpe 
ist) :)

Das ist der Grund warum die Dinger bei Wasserkühl-Leuten so beliebt 
sind, die Wärmen das Wasser kaum, geben das meiste ihrer Wärme in die 
Umgebung ab.

Um 1-2L Wasser nen halbes grad zu erwärmen braucht's schon nen bisschen 
Leistung, wenn du sagst das du von 10W LEistung ausgehst die es 
wegzukühlen gilt, geben wir noch mal fürs gute Bauchgefühl 5W für pumpe 
und unvorhergesehenes drauf, dann gibst du 15W wärme an sagen wir 1L 
Wasser ab die du wegkühlen willst.
Ich geh mal davon aus das du ne Flussgeschwindigkeit > 1L / Minute hast 
(was wirklich wirklich wirklich wenig ist, wahrscheinlich kannst du da 
eher mit dem 10 fachen rechnen).

Wenn du eine Minute lang 15W Energie in 1L Wasser steckst hat sich dein 
Wasser wenn ich mich jetzt nicht total verrechnet habe um 0,2°k erwärmt.
Wenn du 2L benutzt nur um 0,1°k.

Du hast also egal wo du misst eine maximale Abweichung von 0,2°k, 
wahrscheinlich weniger, wegen der besseren Pumpe)
damit sollte die angst vorm Langen schlauch schon mal genommen sein.

Für den Regler wird das ähnlich unkritisch sein, wenn du "nur" 0,5° 
einhalten willst würde es reichen wenn du 2 mal die minute Nachregelst.

von Flash (Gast)


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L. H. schrieb:
> Mal ganz ketzerisch gefragt:
> Warum das denn?
> Mit (üblicherweise) fast nichts kann so gut Wärme abgeführt werden wie
> mit Wasser.
> Wozu also das Wasservolumen klein halten?

Ja, wozu auch? Das sollte man sich wirklich mal fragen. Aber ich hoffe, 
der Niklas wird das noch klären.

So ganz nebenbei sollte man sich mal die Zahlen verdeutlichen. Der 
spezifische Wärmeinhalt von Wasser liegt bei
für Luft ist das
Bei einem Vergleich der Energieinhalte stehen also etwa (und das über 
den nicht ganz so breiten Daumen geschätzt) 1...2 Liter Wasser das 
Volumen von 3,23...6,46 Kubikmeter Luft gegenüber, die sich dann noch an 
einer minimalen Fläche von etwa 0,01 Quadratmetern abquälen muss, um 
überhaupt einen geringen Teil ihrer Energie ans Wasser abgeben zu 
können. Von den ganzen anderen Faktoren ganz zu schweigen, die bei 
diesem Vorgang zusätzlich noch eine große Roille spielen. Das sollte 
erst einmal geklärt werden, bevor man hier ganze Pumpwerke konstruiert.

Leute, es geht um winzig kleine Wärmemengen, da wirkt schon die 
Wassermenge von 1 Liter wie eine Kanonenkugel um 1 Fliege zu erschießen.

von Dirk D. (dicky_d)


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Flash schrieb:
> L. H. schrieb:
>> Mal ganz ketzerisch gefragt:
>> Warum das denn?
>> Mit (üblicherweise) fast nichts kann so gut Wärme abgeführt werden wie
>> mit Wasser.
>> Wozu also das Wasservolumen klein halten?
>
> Ja, wozu auch? Das sollte man sich wirklich mal fragen. Aber ich hoffe,
> der Niklas wird das noch klären.


Je mehr Wasser desto mehr Oberfläche zur Umgebung.

Je mehr Oberfläche zur Umgebung desto mehr Wärmeeintrag durch 
Zimmertemperatur.

Ich find das ist nen guter Grund möglichst wenig Wasser zu verwenden :)

von Pandur S. (jetztnicht)


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Eine Wasserkuehlung ist gut um viel Waerme von einer kleinen Flaeche 
abzufuehren. Nur muss die dann irgendwo hin. zB per Luftkuehler an die 
Luft. Dann ist man wieder gleich weit. Man muss die Luft irgendwo durch 
einen Kuehler durchziehen, oder druecken. Man hat allerdings den 
Vorteil, die Waerme ist weg vom Prozess, und es gibt hocheffiziente 
Luft-Wasser Kuehler, man muss eigentlich nur einen gesteuerten Luefter 
dranbauen. Und den Wasserkreislauf auf Dichtigkeit ueberwachen.
Ja, und wenig Wasser gibt eine kleinere Schweinerei als viel Wasser. Ich 
wuerd eigentlich nur den Schlauch fuellen plus ein kleines 
Ausgleichsgefaess von ein paar Mililitern.

: Bearbeitet durch User
von Flash (Gast)


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Dirk D. schrieb:
> Je mehr Oberfläche zur Umgebung desto mehr Wärmeeintrag durch
> Zimmertemperatur.

Hey, habt ihr mal den Thread verfolgt?

Niklas A. schrieb:
> Ihr antwortet vielleicht schnell ;-)
> @Flash
> Die Störgröße ist im Endeffekt die Raumtemperatur, es geht darum eine
> Fläche von ca. 10*10cm auf etwa 2°C unter Raumtemperatur zu halten. In
> den Räumen ist aber eher nicht mit spontanem Stoßlüften zu rechnen.

Da steht die Definition eines bestimmten Flächeninhaltes! Was noch 
fehlt, ist die Wärmeleitfähigkeit des Materials, aus dem die Oberfläche 
besteht. Der Rest ist Physik und Mathematik, voraus gesetzt, dass an der 
Oberfläche kein forced cooling stattfindet - aber das hat Niklas 
eigentlich ausgeschlossen.

von Flash (Gast)


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Oder D. schrieb:
> Eine Wasserkuehlung ist gut um viel Waerme von einer kleinen Flaeche
> abzufuehren. Nur muss die dann irgendwo hin.

Das ist die falsche Reihenfolge. Zuerst muss die Frage beantwortet 
werden, wieviel Wärmemenge fällt an, die abtransportiert werden muss? 
Danach kann die Frage beantwortet werden, wohin die Wärmemenge abgeführt 
werden soll.

von Bierbauch (Gast)


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Ihr seit hier ganz schön theortisch drauf!
Einfach mal 4 Flaschen Bier in eine 50 Watt Autokühlbox (auf 
Peltierbasis) legen un warten bis geniessbar...

Da ist nach einem ganzen Vormittag noch nichts richtig kalt!

Ok, hier gehts nur um 2 Grad und die thermische Kopplung ist besser, 
trotzdem wirds ewig dauern.

Die sinnvollste Möglichkeit hier ist vielleicht: Erstmal Pelztier Wasser 
abkühlen lassen und Temperaturregelung durch Steuerung der Fördermenge 
der Pumpe...

Ich würd jedenfalls erstmal nen Versuchsaufbau machen bevor ich lange 
fantasiere...

von Flash (Gast)


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Bierbauch schrieb:
> Ihr seit hier ganz schön theortisch drauf!

Ich bin immer gut drauf ;-))

> Einfach mal 4 Flaschen Bier in eine 50 Watt Autokühlbox (auf
> Peltierbasis) legen un warten bis geniessbar...
>
> Da ist nach einem ganzen Vormittag noch nichts richtig kalt!
>

Mein Annahme von ca. 20°C auf ca. 8°C. Das macht ein ∆T von 12K. Bei 4 * 
0,5 Liter sind das nach Adam Riese etwa 100kJ die dem Bier an Wärme 
entzogen werden müssen, damit es trinkbar wird. Wenn die 50 Watt zu 100% 
als Kühlleistung und damit ohne Verluste angesetzt werden könnten (rein 
theoretisch), dann wäre der Job in weniger als 1 Stunde erledigt, 
theoretisch.

> Ok, hier gehts nur um 2 Grad und ....

Das sollte doch allen zu Denken geben.

> Ich würd jedenfalls erstmal nen Versuchsaufbau machen bevor ich lange
> fantasiere...

Versuch macht kluch... auch eine Möglichkeit - aber hier geht es nicht 
um's Bier/Wasser abzukühlen, sondern um eine Platte von 0,01 
Quadratmeter, die von der Raumluft bei einem ∆T von 2K ständig 
aufgeladen wird.

Also das, was von der Raumluft kontinuierlich an Wärmeenergie durch 
natürliche Konvektion auf die Platte übertragen wird, muss an anderer 
Stelle wieder kontinuierlich abgeführt werden. Dabei interessiert die 
spezifische Wärme der Platte nur eine sehr untergeordnete Rolle, nämlich 
dann, wenn ein Übergang von einer Raumtemperatur auf eine andere 
stattfindet. Nach Beendingung des Übergangs tritt wieder ein neuer 
stationärer Zustand ein.

Wenn Wasser als Transport-Medium verwendet werden soll, dann muss man 
sich die Verhältnisse schon sehr genau ansehen. Wasser mit seiner 
wesentliche höheren Dichte kann über 3000 mal mehr an Wärme speichern 
als Luft. Ich würde mal annehmen, dass das ∆T zwischen Platte und Wasser 
wesentlich weniger als 2 K betragen muss. Und damit beginnt die 
Schwierigkeit. Der Wasserkreislauf muss nicht nur gekühlt werden können, 
sondern er müsste auch noch beheizbar sein.

Im Augenblick kann ich aber nicht den Bedarf erkennen, warum man eine 
Fläche mit geringer Größe auf 2K unterhalb der Raumtemperatur halten 
sollte.

von Der Andere (Gast)


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Flash schrieb:
> dann wäre der Job in weniger als 1 Stunde erledigt,

Da dein realer Wirkungsgred aber 10 mal schlechter ist und die Kühlbox 
bei einigen Grad Differenz mehr Wärme von aussen durchlässt, als dein 
Pelztier durchlässt kannst du in der Realität unendlich (oder auf den 
nächsten Winter) warten bis das Bier kalt ist. :-)

von M. K. (sylaina)


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Hm, Autokorrektur ist schon was tolles…ich musste grade schon etwas 
schmunzeln als ich den Titel las… 6A Pelztierkontrolle … ich hab mich 
schon gefragt welche pelzigen Tiere da kontrolliert werden sollen :D

von Flash (Gast)


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Der Andere schrieb:
> Da dein realer Wirkungsgred aber 10 mal schlechter ist und die Kühlbox
> bei einigen Grad Differenz mehr Wärme von aussen durchlässt, als dein
> Pelztier durchlässt kannst du in der Realität unendlich (oder auf den
> nächsten Winter) warten bis das Bier kalt ist. :-)

So isses!

von Minimalist (Gast)


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> Der Wasserkreislauf muss nicht nur gekühlt werden können,
> sondern er müsste auch noch beheizbar sein.

Exakt. Genau so  wirds bei wissenschaftlichen Versuchsaufbauten auch 
gemacht. Es wird mit konstanter Leistung gekühlt und über ein schnelles 
Heizelement geregelt.

Daher mein Vorschlag: mehrere Pelties parallel und einzeln schaltbar um 
die Kühlleistung grob stellen zu können. Dann ein Heizelement mit 
kleiner Trägheit über PWM zur Regelung. Wenn das system so ausgelegt 
ist, das das Heizelement im Gleichgewicht mit ~ 50% Leistung läuft, 
lassen sich Schwankungen in beide Richtungen sehr schnell ausregeln.
Die Effizienz ist auch nicht so mies wie es auf den ersten Blick wirkt 
und es braucht keine Halbleiter im Linearbetrieb. N paar kleine FETs und 
ein uC tun es da schon.

Viel Leistung braucht es eh nicht, die Wassermenge kann entsprechend 
klein gehalten werden. Denke 200ml sind hier schon angemessener.

Grüße,
M

von BB84 (Gast)


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Flash schrieb:
> Warum jetzt der Umweg mit Kühlwasser, Pelztieren und Lüftern? Mit
> Pelztieren kann man auch direkt kühlen! Das würde enorm die
> Regelschleife und insgesamt den Aufwand verringern - und gleichzeitig
> die Qualität der Regelung ernorm verbessern.

Peltiers haben schlechten Wirkungsgrad bieten sich aber für kurze 
regelstrecken an. Daher wäre eine direkte Regelung mittels Peltier und 
ungeregelte Wasserkühlung mit großem Volumen auf der hot-side optimal.
Geregelte Wasserkreisläufe arbeiten wie oben schon erwähnt mit konst. 
Kühlung (dann aber kompressor) und variablem heizelement zur Regelung.
Stichwort chiller.

von L. H. (holzkopf)


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So recht verstehe ich nicht, auf welcher Grundlage wir hier eigentlich 
diskutieren.

Natürlich hat ein TE eine Zielvorstellung und auch eine davon, wie das 
Ziel (vielleicht) erreicht werden könnte.

Was sollen wir aber damit anfangen können, wenn nicht etwas Genaueres 
dazu genannt wird?

Ganz abgesehen davon frage ich mich auch, ob Sprachverhunzungen seitens 
eines TE tolerierbar sind.
Sind wir hier etwa im Kindergarten, wo technisch eindeutige Begriffe, 
wie z.B. Peltier-Element, mangels Verständnis und/oder sprachlicher 
Fähigkeiten hilfsweise als "Pelztier" deklariert werden??
Sei's drum. ;)


Niklas A. schrieb:
> Ich versuche zur Zeit eine temperaturgeregelte Kühleinheit für einen
> Wasserkreislauf zu basteln. Das ganze soll zufließendes Wasser mit einem
> Wasserkühler aus der PC-Technik auf eine definierte Temperatur bringen.
> Die Abwärme soll mit einem CPU-Luftkühler wieder abgelüftet werden.

Wir können dem entnehmen, daß es sich um einen geschlossenen 
Wasserkreislauf für Kühlungszwecke handelt.
Zufließendes Wasser soll per Wasserkühler aus der PC-Technik gekühlt 
werden.
NULL Angabe zur Kühlleistung so eines Wasserkühlers.

Ferner soll der gen. Wasserkühler das zufließende Wasser auf eine 
definierte T bringen.
NULL Angabe zur definierten T.

Weiterhin soll die Abwärme per CPU-Luftkühler wieder abgelüftet werden.
NULL Angabe auch dazu.
Was soll denn "abgelüftet" sein?
Wegschaffen der Abwärme, z.B. in's Freie?
Oder Herunterkühlen der Abwärme?

Niklas A. schrieb:
> Unangenehm erscheint mir noch die Ansteuerung des Pelztiers. Die
> gewünschten Temperaturdifferenzen sind nicht so groß und meine benötigte
> Kühlleistung liegt bei ~10W, eher weniger.

Man muß sich das mal vor Augen halten.
Da sind also (vortellungsgemäß) insgesamt im Einsatz:
1) Wasserkühler aus der PC-Technik
2) CPU-Luftkühler zur "Ablüftung"
3) Peltier-Element
NULL Angabe dazu, wie das Kühlwasser zirkulierend in Umlauf gehalten 
werden soll.

Niklas A. schrieb:
> Nur die Konstantheit der
> Temperatur liegt mir eben am Herzen. Um die Anregelzeit der ganzen
> Apparatur in Grenzen zu halten, dachte ich jetzt an ein ~50W
> Peltier-Element (wenn man wüsste wieviele Wärmetransport/el. Leistung
> das macht, wäre das auch klasse, aber irgendwie sind die Datenblätter
> sämtlicher Peltiers beim großen R nicht so aussagekräftig? oder überseh
> ich was?).

Klingt nach "Herumstochern im Nebel". :)


Einige Anmerkungen dazu sollten erlaubt sein:

1) Wenn man Wasser herunterkühlen will, macht man das üblicherweise auf 
dem direktmöglichsten Weg.
Soll heißen:
Man treibt das Wasser durch einen Kühler und durch diesen gleichzeitig 
Kühl-Luft (per Ventilator), die dem Wasser Wärme entzieht.

Irgendwelcher zusätzlicher Peltier-Elemente zur Kühlung bedarf es dazu 
an sich nicht.

2) Wasser hat eine äußerst angenehme Eigenschaft:
Im erwärmten Zustand steigt es tendenziell nach oben.

Das machte man sich z.B. bei den sogen. Thermosyphon-Kühlungen von 
Verbrennungsmotoren zunutze.
Ermöglicht wurde das durch entspr. Querschnitte für die problemlose 
Wasserzirkulation, sowie dadurch, daß der Kühler oberhalb der 
Motorblöcke angeordnet war.
Dieses Prinzip läßt sich durchaus auch "im Kleinen" realisieren.
Wasser-Umwälzpumpen sind dabei nicht mehr erforderlich.

3) Ob Wasserkühler aus der PC-Technik auch nur annähernd die 
Kühlleistung von Wasserkühlern, die im Mobilbereich verwendet werden, 
erbringen können, wage ich, zu bezweifeln.
Im Mobilbereich, Motorräder, Autos usw. werden nämlich 
Hochleistungs-Kühler eingesetzt, die erheblich mehr Wärme "wegbringen" 
können, als das bei einer (vermutlichen) "Pipifax"-Einheit, von der wir 
hier reden, der Fall sein dürfte.
Bis hin zu LLK, die man natürlich auch für Wasserkühlung 
"zweckentfremden" kann.

Kühlung ist letzlich immer nur eine Frage der Einsatzmöglichkeit 
verfügbarer Flächen für die Wärmeabfuhr.
Und auch "im Kleinen" kann es sich lohnen, darüber nachzudenken, ob es 
nicht sinnvoller ist, z.B. einen großen Kühler mit mehreren Ventilatoren 
zu bestücken, um dessen Kühlleistung variabel halten zu können.

Mir scheint das sinnvoller zu sein, als sich mit Peltier-Elementen 
"abzukarpfen". :D

von S R (Gast)


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L. H. schrieb:
> Kühlung ist letzlich immer nur eine Frage der Einsatzmöglichkeit
> verfügbarer Flächen für die Wärmeabfuhr.
> Und auch "im Kleinen" kann es sich lohnen, darüber nachzudenken, ob es
> nicht sinnvoller ist, z.B. einen großen Kühler mit mehreren Ventilatoren
> zu bestücken, um dessen Kühlleistung variabel halten zu können.
>
> Mir scheint das sinnvoller zu sein, als sich mit Peltier-Elementen
> "abzukarpfen". :D

Du hast schon mitbekommen, dass es darum geht die Temperatur unter 
Raumtemperatur abzusenken? Da kannst du von mir aus ein 
Hovercraft-Gebläse hinstellen und das wird nix.

Dazu braucht es entweder ein Peltierelement, einen Kompressor, einen 
anständigen Kältespeicher (könnte auch eine Lösung sein? Paar Kilo Eis?)

Aber solang der TE sich nicht mehr meldet geht es eh nicht weiter.

von Flash (Gast)


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S R schrieb:
> L. H. schrieb:
> Aber solang der TE sich nicht mehr meldet geht es eh nicht weiter.

So isses.
Und je länger der Thread wird, desto mehr führt die "Stille Post" dazu, 
den eigentlichen Sinn zu verschleiern.

von L. H. (holzkopf)


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Minimalist schrieb:
>> Der Wasserkreislauf muss nicht nur gekühlt werden können,
>> sondern er müsste auch noch beheizbar sein.
>
> Exakt. Genau so  wirds bei wissenschaftlichen Versuchsaufbauten auch
> gemacht. Es wird mit konstanter Leistung gekühlt und über ein schnelles
> Heizelement geregelt.

Das "schnelle Heizelement" interessiert mich.
Könntest Du mir bitte sagen, was da bei den gen. Versuchsaufbauten 
verwendet wird?


S R schrieb:
> Du hast schon mitbekommen, dass es darum geht die Temperatur unter
> Raumtemperatur abzusenken? Da kannst du von mir aus ein
> Hovercraft-Gebläse hinstellen und das wird nix.

Ja - bekam schon mit, daß unter Raum-T gekühlt werden soll. :)
Ein prinzipielles Problem ist das nicht, wenn man Außenluft ansaugt und 
durch den Wasserkühler jagt.
Ist an sich Stand der Technik und i.d.R. problemlos machbar.
Idealerweise natürlich so, daß man den Kühler im Außenluft-Bereich 
positioniert.

Wenn das nicht geht, "schleift" man halt die Außenluft durch den Kühler 
im Raum-Inneren, was immer machbar ist. ;)

von Der Andere (Gast)


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L. H. schrieb:
> Ein prinzipielles Problem ist das nicht, wenn man Außenluft ansaugt und
> durch den Wasserkühler jagt.

Zumindest dann nicht wenn das Teil nur im Winter funktionieren soll. Und 
man einen Wanddurchbruch da hat
:-)

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