Klimaanlage selbst bauen – die Vorbereitung (Teil 2)

Ein Projekt braucht immer eine gute Vorbereitung. In diesem Teil werden wir uns nur auf den Aufbau der Klimaanlage konzentrieren. Die Planung ist das wichtigste an einem Projekt und sollte immer gut durchgeführt werden.

 

Peltierelement: Das Herzstück unserer Kühlung besteht im Wesentlichen natürlich aus einem Peltier-Element. Ich habe mich hier für ein Element mit der Bezeichnung TEC1-12705 entschieden, was soviel heißt, dass das Peltierelement mit 5 Ampere versorgt werden muss. Die Sollspannung liegt bei 12V, Umax bei 15,4V. Dadurch erreicht man maximal 77 Watt Leistung. Wir werden das Element aber mit der Sollspannung von 12V betreiben, da es mehrere Netzteile für solch einen Zweck gibt. Die Größe beträgt 40x40x3,8mm. Eine Temperaturdifferenz von 60 Kelvin sollte dabei kein Problem sein.

Netzteil: Wir verwenden hier ein 12V 6A DC Netzteil, welches seinen Einsatz normalerweise bei LED Stripes erweist. Hier wurde extra ein Ampere zusätzlich gewählt, da die Steuerelektronik und der Lüfter auch noch etwas Strom benötigen.

Kühlung: Das Peltier muss auch gekühlt werden. Dazu verwenden wir einen Aluminium Kühlkörper aus einem alten PC. Diesen bestücken wir nicht etwa mit einem Lüfter, sondern tauchen ihn in Wasser. Ein 10L Eimer mit Deckel dient hierbei zur Kühlung. Der Eimer muss immer so weit mit Wasser gefüllt sein, dass die Kühlrippen auch ausreichend Kontakt zu diesem haben.

Abgabe der kalten Luft: Ein größerer Kühlkörper aus einem PC kommt auf die kalte Seite des Peltiers. An diesen Kühler kommt ein Lüfter, der später warme Raumluft durch die kalten Kühlrippen pusten soll.

Steuerung: Die Steuerung übernimmt ein W1209 Temperaturregler, der einen Wasserdichten Temperatursensor enthält. Dieser Sensor kommt nicht etwa an den Kühlkörper, sondern in das Wasser. Sollte dieses sich nämlich auf ein bestimmtes Level aufgeheizt haben, schaltet sich das Modul , und damit auch die gesamte Kühlung, ab.

Aufbau

Der Aufbau gestaltet sich wie folgt:

Das Peltier-Element wird also an das Modul angeschlossen. Die Hitze , die das Peltier-Element produziert, wird an das Wasser abgegeben. Wenn das Wasser zu stark aufgeheizt ist, wird die Kühlleistung nicht mehr reichen. Deshalb soll das Modul die Stromversorgung bei 45°C Wassertemperatur abbrechen. Dadurch lässt sich die maximale Laufdauer der Kühlung errechnen. Die Formel lautet:

Q = m * c * delta Teta

Das bedeutet wiederum: Leistung = Masse * spezifische Wärmekapazität + Temperaturdifferenz. Setzen wir nun ein:

Q = 10kg * 1,163wh/kg*K * (45K – 15K) ==> Q = 348,9W

Wir müssen also ca. 350 Watt Leistung aufbringen, damit die maximale Temperatur erreicht wird. Bei einer Ausgangsleistung von 60W des Peltier-Elements, ergibt das etwa 5 Stunden Laufzeit, wenn man berücksichtigt, dass sich das Wasser auch durch die Umgebung etwas aufheizt. Nach fünf Stunden muss man also das Wasser austauschen  oder man stellt den Eimer zum Abkühlen nach draußen. Im Raum dürfen wir das Wasser nicht abkühlen, denn dann würden wir die thermische Energie wieder dem Raum zufügen.

Neben dem Aufbau müssen wir noch einen kleinen Schaltplan entwerfen. Dieser ist dank des Moduls W1209 sehr einfach:

Das Netzteil wandelt zunächst die Spannung von 230V AC Netzspannung in 12V DC um. Das w1209 Modul besitzt einen 12V DC Eingang, den wir mit dem Netzteil bequem speisen können. Die beiden weiteren Kontakte K0 und K1 an dem Modul sind die Kontakte des Relais. Sie wirken also wie ein Schalter. Fließt Strom durch das Relais, ist der Schalter geschlossen. Wenn kein Strom fließt, ist der Schalter geöffnet und der Stromkreislauf des Peltiers und des Lüfters ist auch geöffnet. Die Klimaanlage ist abgeschaltet.

Materialliste:

Was brauchen wir nun und wie viel kostet das ganze? Das finden Sie hier aufgelistet:

  1. Lüfter (5,-)
  2. Peltierelement (5,-)
  3. Netzteil (15,-)
  4. W1209 (3,-)
  5. Eimer (4,-)
  6. Wärmeleitpaste (3,-)
  7. 2x Kühlkörper (15-20,-)

Die meisten Bastler von euch werden so etwas wie Kühlkörper, Eimer und Lüfter sicherlich zu Hause haben. Ich komme für mich auf Gesamtkosten von 25,-. Wenn man jedoch alles neu kaufen muss, sollte man schon mit 50,- rechnen. Außerdem sollten sie Drähte, Lötmaterialien und ggf. Lochrasterplatinen zu Hause haben.

 

Das Funktionsprinzip

Kommen wir nun zu dem Funktionsprinzip, also wie die Klimaanlage überhaupt die Luft abkühlt. Dafür schauen wir uns den Aufbau genau an. Das Peltier-Element ist eine Wärmepumpe, die, wenn man Spannung an die Kontakte anlegt, die Wärme von der einen Seite auf die andere Seite befördert. Dabei ist es wichtig, dass die warme Seite, also zu der die Wärme hingeführt wird, gut gekühlt wird. Bei einer Luftkühlung sollte man definitiv den größeren Kühler für die Kühlung des Peltiers verwenden. Da wir hier aber eine Wasserkühlung verwenden, die eine wesentlich größere Kühlleistung hat, können wir, solange das Wasser noch kalt genug ist, auch den kleineren Vollaluminiumkühler verwenden. Ein Kühler mit Kupfer-Heatpipes ist natürlich trotzdem besser.
Es ist also auch wichtig, dass wir die Klimaanlage früh genug abschalten. Sobald das Wasser sich zu stark erhitzt hat, kann eine ausreichende Kühlung nicht mehr gewährleistet werden. Das ist auch der Grund dafür, dass wir die Klimaanlage schon bei 45°C Wassertemperatur abschalten. Ein modernes Peltier-Element, so wie wir es gekauft haben, schafft eine maximale Temperaturdifferenz von 60°C. Das Abschätzen der maximalen Wassertemperatur erfordert ein bisschen Feingefühl. Um den perfekten Wert zu finden, muss die Klimaanlage erst laufen und auch noch bei hohen Temperaturen Kühlleistung erbringen. Sobald die Kühlleistung zu stark nachlässt, muss die Anlage abschalten.

Im nächsten Teil kümmern wir uns dann um den Zusammenbau der Kühlung.

2 Antworten auf “Klimaanlage selbst bauen – die Vorbereitung (Teil 2)”

  1. Kann auch wohl der Filter eingebaut werden? Toller Tipp zur Kühlung, danke! Brauch eine Klimaanlage für den kommenden Sommer. Die Hinweise zum selbständigen Bau beherzige ich gerne.

    1. Hi,
      Das freut mich sehr. In den kommenden Wochen werde ich mich an einer weiteren Klimaanlage ähnlich des Windchill Prinzip versuchen. Dies wird natürlich auch einen Platz auf der Website finden.

      Aber erst einmal geht es im Wandertagebuch weiter von Metz nach Clairevaux.

      Viel Erfolg beim Nachbauen und immer achtsam mit Netzspannung und Schaltkreisen umgehen.

Schreibe einen Kommentar

Deine E-Mail-Adresse wird nicht veröffentlicht. Erforderliche Felder sind mit * markiert.