Original von austronewt
Peltiers sind zwar sehr elegante Geräte, funtionieren aber in unseren Bereichen einfach lausig. Warum? Diese Elemente bedürfen eines recht hohen Temperaturgefälles. D.h: das zu kühlende Element muß möglichst warm sein (IC!), das Ausgleichselement hingegen möglichst kühl.
Moooment... das kann ich so nicht stehenlassen. Das Problem, das du beschreibst, trifft für (passive) Wärmetauschsysteme im Allgemeinen zu, so z.B. für die von Yoko anfangs beschriebenen Radiatoren, die praktisch baugleich mit den in Autos verwendeten Wasserkühlern sind. Peltier-Elemente sind hier nicht das Problem, sondern die
Lösung, denn sie
erzeugen das nötige Temperaturgefälle. Bei einheitlicher Umgebungstemperatur bewirken sie einen Delta-t von ca. 60°C (60 K), indem thermische Energie quasi von der einen zur anderen Fläche "gepumpt" wird. Das heißt, bei einer Umgebungstemperatur von 20°C (293 K) wird die eine Fläche des Peltiers auf 50°C (323 K) aufgeheizt, indem die andere auf -10°C (263 K) abgekühlt wird.
Soweit die Theorie. In der Praxis wird dann aber zum Problem, dass die auf der Heizseite konzentrierte thermische Energie abgeleitet werden muß. Wird sie das nämlich nicht, wird die Kühlseite durch die Heizseite wieder aufgeheizt, wobei der Delta-t von 60 K aber weiterhin gehalten wird. Es kommt zum Ketteneffekt: Zu dem Zeitpunkt, an dem die "eigentlich" -10°C kalte Kühlfläche 10°C hat, hat entsprechend dem Differenzwert die Heizfläche 70°C. Dadurch wird natürlich weiterhin noch mehr thermische Energie auf die Kühlseite zurückgeleitet und diese weiterhin aufgeheizt. Wenn dann die Kühlfläche wieder 20°C hat, hat die Heizfläche schon 80°C und so weiter. Der Betriebszeitraum, bis das Peltier-Element sich qualmend in seine Bestandteile zerlegt, dauert keine 30 Sekunden.
Dementsprechend benötigt man an der Heizfläche des Peltiers einen zusätzlichen Wärmetauscher zur gerichteten Ableitung der nutzlosen/schädlichen Abwärme. Wollte man hier die symmetrische Temperaturverteilung (Kühlseite = 30 K unter Umgebung, Heizseite = 30 K über Umgebung) voll ausnutzen, müßte es sich dabei allerdings um ein System mit unendlicher thermischer Leitfähigkeit bei unendlicher Ausdehnung handeln. Da das nicht praktikabel ist, beschränkt man sich darauf, Diffusionsverluste in Kauf zu nehmen. Brauchbare Werte für die allermeisten Anwendungsfälle lassen sich dabei schon durch die in der Halbleitertechnik üblichen belüfteten Rippen-Metallkühlkörper erzielen. Hier mal als Beispiel eine Anordnung, die ich vor ein paar Jahren zur (punktuellen) Kühlung eines CCD-Sensors (Digitalkamera) gebaut habe:
Das kleine helle Quadrat, das sich innerhalb der großen dunklen quadratischen Fläche befindet, ist das Peltier-Element (und zwar
dieses hier ). Dieses Element hat eine Leistungsaufnahme von 40 W bei einer Fläche von 30 x 30 mm. Darunter (eigentlich darüber, denn die Anordnung ist für das Foto auf den Kopf gestellt) liegt der Kühlkörper, ein alter Prozessorkühlkörper von einer 604er PPC-Karte. Zuunterst und nicht besonders gut zu sehen liegt der Ventilator, ein deutlich stärker als für Prozessoren üblich dimensionierter Axiallüfter. Nachdem ich vorher mit verschiedenen kleineren Kühlkörpern experimentiert und dabei fast das (nicht ganz billige) Peltier-Element gehimmelt hatte, erreichte ich mit dieser Anordnung konstante Temperaturen von etwa 38°C über Umgebung auf der Heizseite und 22°C unter Umgebung auf der Kühlseite. Unter "Vollast", also montiert auf der Kamera, konnte ich an der Übergabefläche bei 24°C Umgebungstemperatur immerhin noch eine Senkung auf 7°C messen. Das sah mit einer Nikon Coolpix 990 dann so aus:
Für meinen damaligen Anwendungszweck hat das voll ausgereicht. Wenn man allerdings bedenkt, daß ich eine Leistungsaufnahme von 40 W verbraten habe, um die Temperatur eines Magnesiumgehäuses von ca. 40 x 65 x 75 mm Größe um 17°C zu senken, ist das Ergebnis in der Aufwands-Nutzenrelation, bezogen auf die Dimensionen eines Terrariums/Aquariums, mehr als bescheiden (und wäre es wohl immer noch, wenn man in einem festen Aufbau und mit großem Berechnungs- und Materialaufwand die Effizienz, sagen wir mal, vervierfachen würde, was dann wohl so ziemlich das Ende der Fahnenstange bedeuten würde). Aber das Problem liegt eben nicht in dem Mangel an Temperaturgefälle zwischen den Übergabeflächen, denn eben das ist bei einem Peltier nicht nötig, sondern in der geringen Energieeffizienz und den "Reibungs"-, sprich Diffusionsverlusten an den Übergabeflächen. Ein Temperaturgefälle, wie es im Fall von Prozessorkühlung vorliegt, ist im Interesse einer beschleunigten Ableitung natürlich hilfreich, aber eben nicht notwendig, da Peltiers keinen Ausgleich anstreben wie ein Autokühler, sondern im Gegensatz dazu per Energiezufuhr eine Differenz erzeugen.
Selbstverständlich kann ich die Gesamte Glasfläche eines Aquariums mit Peltiers zukleben. Das wird auch recht gut kühlen.
Hmm... würdest du denn den Kühlwendel eines Kompressorgerätes von außen an die Aquarienscheibe kleben und dir davon was versprechen? Ich sehe nicht ganz, wozu das Beispiel taugen soll, denn dabei handelt es sich sicher um die so ziemlich ineffizienteste Anordnung, die überhaupt denkbar ist...
@Kamil: Aus den genannten Gründen denke ich, dass deinem Vorhaben kein Erfolg beschieden sein kann, es sei denn, dein Terrarium ist komplett aus Isoglas-Doppelscheiben gebaut und luftdicht (was ich nun wieder im Interesse der Insassen nicht hoffen will). Bei der Kühlung von Aquarien hat man zumindest noch den Vorteil, dass im Aquarium Wasser ist und im Raum drumherum Luft. Ergo kann das gekühlte Medium zwar thermische Energie an die Umgebung ableiten (was schon ärgerlich genug ist), aber nicht direkt in dieselbe diffundieren. Ein Terrarium dagegen tauscht permanent Luft mit seiner Umgebung aus, und das um so schneller, wenn die Temperatur der Innenluft von der der Außenluft differiert. Der Effekt wäre ähnlich, wie wenn man eine Klimaanlage in den Garten stellt. Oder die Kühlschranktür abmontiert...
Und wenn du versuchst, diesen Effekt zumindest abzuschwächen, indem du ein Terrarium ohne bodennahe Lüftungsöffnungen benutzt (z.B. ein umfunktioniertes Aquarium), riskierst du außerdem, daß deine Tiere ersticken, denn die kälteren Luftschichten in den unteren Bereichen des Beckens werden nicht mehr bzw. nicht mehr so stark umgewälzt, wenn sie schon veratmet sind.
Die einzige sinnvolle Möglichkeit, die ich mir vorstellen könnte, um ein Terrarium, aber nicht den Raum drumherum, zu kühlen, wäre, das Grundprinzip umzudrehen: Statt offenem System mit Luftzirkulation und Kälteeinleitung von außen ein geschlossenes Kühlsystem mit dosierter Luftzufuhr von außen. Also praktisch ein Gastro-Kühlschrank mit Glastür und Dauerbeleuchtung, der über eine geizig dimensionierte Schlauchzu- und -ableitung mit Frischluft versorgt wird, und in den du deine Terrarien einfach reinstellst.
Tschöö
Stephan
) befindet, habe ich mir überlegt ob man einen Radiator als Wasserkühlung einsetzen könnte.
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Was ich auf Anhieb gefunden habe, war DAS hier.
Zitat
Original von austronewt
Freitag, 1. November 2024, 02:10
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