Für folgendes Thema suche ich eine möglichst einfache Schaltung:
Kühlen und Heizen eines 1m3 großen Raumes
Kühlleistung: Absenkung der Raumtemperatur um 5 bis 10 °C
Heizleistung: Erhöhung der Raumtemperatur um 5 bis 10 °C als Zusatzheizung
Lösungsansatz
Temperatur-Regelung über Raspberry Pi per PWM und I2C Sensoren
Ansteuerung Peltier ähnlich einem Lüfter via PWM (3,3V) auf eigener Platine (12V)
Umschaltung Kühlen / Heizen über separaten GPIO Anschluss (3,3V)
Ein TEC1-12706 steht für Experimente zur Verfügung
Ich komme aus der IT-Welt, die Regelung über den Raspberry Pi und I2C ist kein Problem. Auch das Entwerfen von Leiterplatten - solange die Schaltungen einfach sind - ist nicht das Thema.
Die Ansteuerung des Peltier-Elements überfordert mich allerdings aktuell. Über div. Artikel und Foreneinträge habe ich verstanden, dass der LTC1923 wohl eine gute Lösung ist, um Peltier-Elemente gut zu steuern. Und jetzt suche ich eine einfache Schaltung, um das Ganze zum Leben zu erwecken.
Hauptanwendung ist das Kühlen. Das ein Peltier zum Erwärmen nicht die beste Lösung ist, weiß ich.
Es gibt bereits eine Heizung, die die Hauptlast trägt (deswegen auch „als Zusatzheizung“).
Beim Kühlen weiß ich, dass ich mindestens 5°C nach unten muss. Ich wohne im Dachgeschoss und der eine Prozess benötigt 25-30°C… Da war ich vor zwei Wochen schon drüber.
Der zweite Prozess benötigt 60°C. Den habe ich aber noch nicht ausprobiert und ich weiß nicht, ob die bestehende Heizung ausreicht.
Ich möchte es ansteuern können, um ggf. in der Lage zu sein, zusätzliche Wärme erzeugen zu können. Ein Heizregister mit Radiallüfter ist sicher die effizientere Lösung.
Die Ansteuerung des Peltier-Elements überfordert mich allerdings
aktuell.
Du bist schon einen Schritt zu weit.
Wie gut ist der Raum isoliert (Wärmefluss über die Wände)?
Welche Wärmekapazität beinhaltet der zu kühlende Bereich?
Wie schnell soll der Raum aufgeheizt oder herunter gekühlt werden?
Auf den LTC1923 bin ich gekommen, weil man an anderer Stelle über einige Seiten lange Diskussionen geführt hatte über die PWM Frequenzen und diverse Nebenwirkungen, wenn man es falsch macht.
Für mich ist der Lösungsweg PWM naheliegend, denn das habe ich schon an anderer Stelle erfolgreich eingesetzt. Bei analoger Ansteuerung hört mein Verständnis der Elektrotechnik für eigene Entwicklungen auf.
Wie man von PWM zur richtigen Ansteuerung des Peltier kommt, ist mir eigentlich egal. Die bei den Lüftern üblichen 20-25 kHz sollten möglichst nicht überschritten werden (es soll später auf einem RPi Zero laufen und die Systemlast wird evtl. irgendwann zu hoch). Und die Schaltung sollte natürlich 12V 6A vom TEC1-12706 können.
Sagen wir mal so: Eine thermoelektrische (Peltier-) Campingkühlbox mit 25 Liter Innenraum sollte man am besten einen Tag vor der Abreise einschalten, um den Innenraum runterzukühlen. Dann sollte man nur gekühlte Ware reinpacken. Die Box zieht dann permanent 60...80 W, um die niedrige Temperatur zu halten. Deshalb habe ich in meinem Bulli eine Kompressorkühlbox.
Bei 1 m³ brauchst du eher einen Kühlkompressor, wie er in einer Gefriertruhe eingebaut ist, und selbst der ist bei dem Volumen noch ziemlich träge.
Ein Peltierelement ist sehr uneffektiv und hat nur eine sehr kleine Kühlfläche.
Eine Splitklimaanlage mit Kühl-/Heizfunktion wäre die einzige Lösung für dich, welche mir einfällt. Ist zwar deutlich teurer, als ein Peltier, aber mittlerweile dennoch bezahlbar.
Ist zwar für 1 m³ oversized, aber auch wenn du die kleinstmögliche besorgst, kannst du den Raum schnell innerhalb weniger Minuten aufheizen oder runterkühlen. Bei einem Peltierelement bedarf das einer Woche bei idealer Isolation.
Du bist schon einen Schritt zu weit.
Wie gut ist der Raum isoliert (Wärmefluss über die Wände)?
Welche Wärmekapazität beinhaltet der zu kühlende Bereich?
Wie schnell soll der Raum aufgeheizt oder herunter gekühlt werden?
Ich verstehe, worauf Du hinaus willst. Aber es gibt zu viele unbekannte Faktoren und ich komme nicht um ein Experiment herum. Eine Wärmeisolierung ist schwierig und die Wärmekapazitäten sind dynamisch (25-30°C der eine Prozess, 60°C der andere) und nicht beschrieben.
Es ist ein Versuch mit schrittweiser Annäherung. Ein Kühlkompressor oder eine Einhausung mit Sandwich Paneelen überschreitet den sinnvollen Aufwand.
Nur letztlich hat das wenig mit der PWM Ansteuerung eines Peltier Elements zu tun.
Sagen wir mal so: Eine thermoelektrische (Peltier-) Campingkühlbox
mit 25 Liter Innenraum sollte man am besten einen Tag vor der Abreise
einschalten, um den Innenraum runterzukühlen. Dann sollte man nur
gekühlte Ware reinpacken. Die Box zieht dann permanent 60...80 W, um die
niedrige Temperatur zu halten. Deshalb habe ich in meinem Bulli eine
Kompressorkühlbox.
Bei 1 m³ brauchst du eher einen Kühlkompressor, wie er in einer
Gefriertruhe eingebaut ist, und selbst der ist bei dem Volumen noch
ziemlich träge.
Ein Peltierelement ist sehr uneffektiv und hat nur eine sehr kleine
Kühlfläche.
Eine Splitklimaanlage mit Kühl-/Heizfunktion wäre die einzige Lösung für
dich, welche mir einfällt. Ist zwar deutlich teurer, als ein Peltier,
aber mittlerweile dennoch bezahlbar.
Ist zwar für 1 m³ oversized, aber auch wenn du die kleinstmögliche
besorgst, kannst du den Raum schnell innerhalb weniger Minuten aufheizen
oder runterkühlen. Bei einem Peltierelement bedarf das einer Woche bei
idealer Isolation.
Irgendwie gefällt mir das jetzt garnicht… (ich meine das inhaltlich und nicht persönlich). Das Peltier nicht die tollste Lösung ist und es besseres gibt weiß ich. Aber so schlecht ? Ich will ja keinen Kühlschrank bauen der Getränke auf 7° kühlt.
Bei 1 m³ brauchst du eher einen Kühlkompressor, wie er in einer
Gefriertruhe eingebaut ist, und selbst der ist bei dem Volumen noch
ziemlich träge.
Wenn das Kühlgut bereits gekühlt in die Box gelangt, hat die erforderliche Leistung nichts mit dem Volumen zu tun. Eine Trägheit macht sich nur bei Änderungen der (Soll)Temperatur bemerkbar.
Nur letztlich hat das wenig mit der PWM Ansteuerung eines Peltier
Elements zu tun.
Nun, hat es auch wirklich nicht, aber dein Vorhaben geht einfach nicht mit einem Peltierelement. Das geht bei 1 dezimeter³, also einem Liter Volumen relativ schnell regelbar, aber nicht bei einem 1000-fachen Volumen.
Aber im Prinzip kannst du das Peltierelement mit einem Logic-Level-MosFET über einen PWM-Ausgang des Raspi oder einen Mikroprozessor direkt ansteuern. Auch ein Arduino NANO würde gehen, je nach dem, was du an Umgebung noch haben möchtest (Display, Eingabetaster, Encoder...). Das Peltier ist eine rein ohmsche Last, also ohne Probleme pulsmoduliert zu betreiben.
Es ist ein Versuch mit schrittweiser Annäherung. Ein Kühlkompressor oder
eine Einhausung mit Sandwich Paneelen überschreitet den sinnvollen
Aufwand.
Warum ist der Kühlkompressor zu viel Aufwand? Du musst das ja nicht alles von Null auf selbst bauen. Es gibt kleine Kühlschränke inkl. Kompressor fertig zu kaufen. Da könntest Du dann z.B. die Tür abmachen und den dann als Teil Deiner Thermokammer verwenden.
Du musst vermutlich einen kleinen Lüfter einbauen um überall eine einigermaßen gleichmäßige Temperatur hinzubekommen. Und das Thermostat des Kühlschranks durch einen eigenen Regler ersetzen.
Vorsicht: die Elektronik von Kühlschränken ist oft nicht potentialgetrennt.
Was das Heizen angeht: baue eine oder mehrere alte Glühbirnen ein. Oder eine Heizschlange am Boden.
Wenn das Kühlgut bereits gekühlt in die Box gelangt, hat die
erforderliche Leistung nichts mit dem Volumen zu tun. Eine Trägheit
macht sich nur bei Änderungen der (Soll)Temperatur bemerkbar.
Da hast du im Prinzip recht, ich bezog mich aber auf die Aufheizung eines 1 m³-Raumes und das wieder runterkühlen, wie es der TE meinte
Warum ist der Kühlkompressor zu viel Aufwand? Du musst das ja nicht
alles von Null auf selbst bauen. Es gibt kleine Kühlschränke inkl.
Kompressor fertig zu kaufen. Da könntest Du dann z.B. die Tür abmachen
und den dann als Teil Deiner Thermokammer verwenden.
Ginge schon, aber da muss der kühlende Teil des Kühlschrankes im Raum sein, und die Rückseite ausserhalb des Raumes, denn die strahlt die Wärme ab, welche sie aus dem Kühlschrankinneren entzieht.
Der Verdampfer muss also im Raum sein, der Kondensator ausserhalb.
Die einfachste Idee dazu ist für mich, kühle ein paar kg Kühlakkus im Tiefkühlschrank. In einer Zeit möglichst konstanter Umgebungsbedingungen stellst du die in den Raum, sorgst für leichte Konvektion und misst den Temperaturverlauf im Raum. Die Kühlleistung (Wärmemenge) der Akkus kannst du entweder berechnen oder messen (Eintauchen in Wasser, Temperatur vorher/nachher messen).
Vermutlich wird dich das ernüchtern, denn die Temperatur sinkt fast gar nicht. Fast vergessen zu erwähnen, der Kühlschrank soll natürlich nicht im Messraum stehen!
Erst einmal Danke an alle für den Input. Ich werde das mit dem Peltier einfach mit Voll-Leistung ausprobieren. Das zusätzliche Loch in der Seitenwand spielt keine Rolle weil die sowieso ausgetauscht wird. Update wird aber ein bisschen dauern, weil ich auf Dienstreise gehe.
Mein Campingkühlschrank (Auch peltier) in den gerade so 2,5L (vier 0,5L Dosen und etwas Platz oben drüber) passen braucht ~40W und reicht von der Kühlleistung das dir über Nacht beim Zelten nix verdirbt, auch getaktet, also kein PWM sondern stumpf an und aus (temperaturgesteuert) ist das ein übler Stromfresser.
Aber nur (!) wenn du vorher den Innenraum mit temperiert hast (Kühlakkus zb.) und bereits gekühlte waren rein legst.
Dabei ist das noch einer der "Besseren", denn die Isolierung ist wie beim normalen Kühlschrank geschäumt und nicht nur ne Luftkammer wie bei den billigen Kühlboxen.
Aber wenn du damit versuchst eine 0,5L Dose mit Umgebungstemperatur runter zu kühlen dauert das ewig und vernichtet nur unnötig viel Strom für ne lange Zeit bis da was kalt ist.
Das ein Peltier zum Erwärmen nicht die beste Lösung ist, weiß ich
Auch falsch. Das Peltier Element wandelt 100% der elektrischen Energie in Wärme um. Genau so gut oder schlecht wie ein Elektrischer Heizkörper oder vierhundert Schallplattenspieler...
Das ein Peltier zum Erwärmen nicht die beste Lösung ist, weiß ich
Auch falsch. Das Peltier Element wandelt 100% der elektrischen Energie
in Wärme um. Genau so gut oder schlecht wie ein Elektrischer Heizkörper
oder vierhundert Schallplattenspieler...
Das ist auch PWM, und damit eine schlechte Lösung.
Aber eine ultra langsame.
Wenn die soll Temperatur erreicht ist wird noch für 20 Minuten nach gekühlt, dann abgeschaltet und erst wenn soll+6°c (dann sind wir bei ~14 °C) erneut gekühlt bis auf 8°C. Und das auch nur nachts, tagsüber wäre das gar nicht machbar.
Es gibt nur eingeschaltet oder aus, die Zeit dazwischen ist temperaturabhängig.
So lange es funktioniert, was es tut, ist mir das egal.
Das Teil kannte von Haus aus nur "An und volle Leistung" oder Aus, ich hab nur automatisiert was man sonst per Hand machen würde wenn man sich nicht den Akku komplett entladen will und trotzdem über Nacht für das nächste Frühstück Butter und Käse gekühlt haben möchte ohne erst einkaufen zu Fahren.
Ändert nix daran das ein peltier bei der Größe an Raum nicht die Lösung ist.
Der erzeugte Wärmestrom ist proportional zum elektrischen Strom. Durch die Temperaturdifferenz zwischen den Seiten entsteht im Element ein Wärmerückstrom, und zwar proportional zur Temperaturdifferenz und zur Wärmeleitfähigkeit. Durch den fließenden Strom entsteht Verlustwärme, die quadratisch mit der Stromstärke steigt und proportional zum spezifischen Widerstand ist. Die Effizienz (Leistungszahl) als Verhältnis von eingesetzter elektrischer Energie zu nutzbarem Wärmestrom sinkt daher – eine Verdoppelung des elektrischen Stroms verdoppelt den Wärmestrom, aber vervierfacht die Verlustwärme.
Und in jeder Ausschaltphase fließt die mühsam transportiere Wärme (entspricht Kälte) wieder zurück und die Mühe (=Energie) war vergebens.
Besser ist also, mit reduziertem Strom dauerhaft zu kühlen.
Eben, bis es durch den unnötigen Stress kaputt geht.
Stundentakte für an und aus halte ich für völlig OK.
Ist das gleiche als würde ich den im Auto betreiben, wer so eine Kühlbox weiter an lässt beim parken darf sich sonst eventuell Starthilfe holen. Also macht man sie beim parken aus, geht einkaufen, startet den Motor und macht sie wieder an.
Ich überlege ob eine Nachlaufsteuerung für den Lüfter sinnvoll wäre damit die Wärme der heißen Seite nicht mehr komplett über Konvektion weg muss, dürfte noch mal etwas Effizienz raus holen weil die kalte Seite nicht mehr so sehr von der warmen erhitzt wird.
Keine gute Idee. Bei langsamer Taktung muss man bei Peltiers die mittlere Leistung langsam hochfahren, wenn das Element nicht vorzeitig durch mechanischen Stress (Temperaturspannungen) sterben soll.
Keine gute Idee. Bei langsamer Taktung muss man bei Peltiers die
mittlere Leistung langsam hochfahren, wenn das Element nicht vorzeitig
durch mechanischen Stress (Temperaturspannungen) sterben soll.
Hm, OK ist natürlich ein Einwand.
Das Dingen ist ewig alt und gebraucht gewesen als ich es bekam, könnte nicht schaden da noch mal nachzubessern.
So schwer ist es doch aber auch nicht, ein 5..15A (je nach Größe des Pelztiers) Gleichspannungsnetzteil zu bauen und dieses entsprechend zu steuern. Kühlen/Heizen kann man auch mit Umpolrelais wenn man keine Vollbrücke bauen möchte.
