Experiment: Peltier Wasserkühler für ca. 150€

Experiment: Peltier Wasserkühler für ca. 150€

Hallo!

Ich starte gerade ein Projekt. Ein bestehender Wakü-Kreislauf soll
experimentell auf deutlich unter Raumtemperatur gekühlt werden, bis max. knapp
über dem Taupunkt.

Vorneweg sei gesagt: das Budget bezieht sich auf den extra Peltier-Loop.
Ein 9x120mm Radiator ist bereits vorhanden.

Der Peltier-Loop kann optional zugeschaltet werden.
Das System besteht aus zwei Wasserkreisläufen.

1. CPU -> Radiator -> AGB -> Pumpe -> TEC Wärmetauscher (kalt)

2. TEC Wärmetauscher (heiß) -> Radiator -> AGB -> Pumpe

Beide Kreisläufe teilen sich einen Radiator, es gibt zwei Modis:

1. Normaler Wakü Loop ohne TEC.

2. Zweikreiskühlung mit TEC

Für den 2. Modi wird der Radiator über zwei 3-Wege-Ventile vom CPU Kreis getrennt und auf den TEC
Kreislauf geschalten. Der CPU Kreislauf wird über einen Bypass geschlossen und nur über die TEC-Wärmetauscher gekühlt.

Verwendet werden zunächst 8 TEC1-12706 Peltier-Elemente, evtl. wird dies auf 12 Elemente ausgebaut.
Diese werden von einem 720W Netzteil versorgt.

Das System besteht aus 2 Wärmetauschern mit je 4 Peltier-Elementen. Dazu werden 240mm Wasserkühlblöcke
verwendet, welche von beiden Seiten auf die TEC´s geschnallt werden.

Ich versuche das ganze möglichst günstig zu realisieren, da es nur eine Spielerei ist und aufgrund der hohen
Leistungsaufnahme nicht alltagstauglich ist. Der TEC-Loop ist komplett außerhalb des Gehäuses, und soll
auf dem Tower platziert werden. Darunter kommt eine Auffangschale mit Ablauf, falls die China-Komponenten undicht
werden.

Im CPU-Kreislauf wird noch ein größerer AGB verbaut, damit durch ein- und ausschalten einzelner TEC-Elemente ein flacherer
Temperaturverlauf erreicht wird, und das System vor der Last herab gekühlt werden kann. So liegt zu beginn der Last eine
geringe Differenztemp. vor und der Wirkungsgrad ist am höchsten.

Die große Frage: Welche Wassertemperaturen sind Radiatorseitig zu erreichen? Es müssen ca. 800-900W abgeführt werden.
Die Lüfter können dann gerne auf max. laufen (2800rpm).

Falls hier jemand Erfahrungen mit ähnlichen Projekten hat, immer her damit!


Verschneite Grüße!

AW: Experiment: Peltier Wasserkühler für ca. 150€

Werden die Peltier Elemente direkt an 12V gehangen?
laut Datenblatt ist Delta T ist bei etwa 50k , sprich um auf 0°C CPU-seitug zu kommen, sollten Radiatorseitig wenigstens 50°C erreicht werden.

Edit: ich bin mir grad nicht ganz sicher, wie das Datenblatt zu lesen ist http://peltiermodules.com/peltier.datasheet/TEC1-12706.pdf
wenn ich richtig liege, erreichst du die 50K differenz bei 4,5A(müsste etwa bei 12V sein) und und etwa 15W wärme je Peltierelement. Das heißt 8x15W=120W kannst du bei 50K differenz abführen.
Angenommen deine CPU zieht 200W, dann brauchst du 8x25W=200W was einer Temperaturdifferenz von etwa 40K entspricht.(hab mich für die Rechnung am rechten Graphen für 50°C im Datenblatt orientiert)

AW: Experiment: Peltier Wasserkühler für ca. 150€

Interessantes Projekt. Ich sage mal unter 1k€ wird das schwierig ein System zu kühlen mit knapp 1kW.
Ich sag gleich noch was zum Datenblatt, aber vorher nur um das richtig zu verstehen. Du hast dein normales System (hast du echt Komponenten im Wert von 1000W zu kühlen!?) und willst dann über ein Ventil eine Kühlkreiserweiterung einbringen an der die TECs sind?
Also dann verstehe ich das richtig, dass du an jedes von den TECs einen WaKü Block von beiden Seiten schrauben willst, die eine Seite mit Kühlfunktion für das System und die andere Seite mit "Abfall"-Wärme, die separat abgeführt wird.
Ansich natürlich machbar, vom Materialaufwand aber viel Arbeit.
Nun zum Datenblatt. Th ist die Temperatur auf der heißen Seite. Also die Seite die am TEC gekühlt werden muss.
Da sich der Widerstand bei steigender Temperatur erhöht, braucht man eine höhere Spannung um die selben Ampere zu drücken. Deshalb steigen die ersten beiden Graphen linear über das deltaT in der Spannung.
Ein Peltier ist am effizientesten, wenn das deltaT im Betrieb möglichst klein ist. Das stellen die Graphen eine Zeile tiefer dar. Je höher das deltaT zwischen den beiden Seiten ist umso weniger Wärme kann abgeführt werden. Was durch das Qc(max) dargestellt wird.

Im absoluten Sweatspot (16V; 6A) kannst du über ein Modul also knapp 60W abführen. Auf der heißen Seiten musst du dann mit 60W+16V*6A = 130W rechnen... Ach jetzt weiß ich auch wie du auf das knappe kW kommst.... Naja. Ich lösch das jetzt nicht mehr XD

Aber die Frage nach der Wassertemperatur auf der TEC-Kühlerseite stellt sich doch gar nicht. Faustformel 120mm² für 100W und die Wassertemperatur musst du dann auf deinen gewünschten Wert einstellen. Unter Zimmertemperatur wirst du auch auf der Seite nicht kommen also ist da auch nix neues dabei. Wenn du dann dein Gaming System vorgekühlt hast (sagen wir mal 10°C) hast du durch das deltaT halt wieder gesenkte Effizienz und damit weniger Kühlleistung. Aber die geht ja hoch wenn das daltaT kleiner wird dadurch dass das System hochheizt.

Musst dich halt fragen was du willst. Wenn du ne permanente Peltierkühlung willst musst einfach nur die x*60W für dein System nehmen +2 damit du nicht immer auf Limit fährst. Wenn du nur vorkühlen willst reicht auch ein Peltier.
Ich sag mal so. Mehr Radifläche ist effizienter und bringt unterm Strich das selbe. Aber wenn du das WE was zum basteln brauchst ich drück dir die Daumen.
So mal schauen ob ich, wenn ich ne Runde gepennt hab und das nochmal gegenlese, die Hände über dem Kopf zusammenschlage was ich für einen Unfug geschrieben hab.

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@MetallSimon: Ich möchte eigentlich nicht tiefer als 8-10° Grad gehen, damit ich keine Probleme mit dem Kondenswasser bekomme.
Höher als 25K ΔT würde ich gerne nicht gehen, da der COP sonst einfach viel zu schlecht wird (bei 40K bereits <0,4)

Nach meiner Rechnung wäre eine Konfiguration mit 24 Elementen an einem 5V Netzteil (±10% regulierbar) ideal.
Damit hätte man bei 20K ΔT im Regelbereich des Netzteils eine Kühlleistung von 290W (4,5V) bis 390W (5,5V) bei einem COP von 1,5(!) und eine Gesamtabwärme an den
Radiator von 480W(4,5V) bis 670W(5,5V). Das wäre schon sehr vielversprechend.
Nur würde ich das ganze gerne sehr kompakt halten. So viele Pelztiere sind schon eine Herausforderung..

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Hackfleischhirn schrieb:

...Du hast dein normales System (hast du echt Komponenten im Wert von 1000W zu kühlen!?) ...

Zum Vergrößern anklicken....

Die Komponenten nicht, aber zusammen mit den TECs kann das hinkommen.

Hackfleischhirn schrieb:

...und willst dann über ein Ventil eine Kühlkreiserweiterung einbringen an der die TECs sind?
Also dann verstehe ich das richtig, dass du an jedes von den TECs einen WaKü Block von beiden Seiten schrauben willst, die eine Seite mit Kühlfunktion für das System und die andere Seite mit "Abfall"-Wärme, die separat abgeführt wird..

Zum Vergrößern anklicken....

Ja, so in der Art. Nur nicht jedes Pelztier einzeln. Es gibt für Peltier-Elemente Kühler, auf die bis zu 6 Elemente passen. (240x40mm).

Hackfleischhirn schrieb:

Auf der heißen Seiten musst du dann mit 60W+16V*6A = 130W rechnen... Ach jetzt weiß ich auch wie du auf das knappe kW kommst....

Zum Vergrößern anklicken....

Bei 20K ΔT und 12V liegt der COP etwa bei 0,63. Die Kühlleistung liegt bei ca. 40W und 64W durch das TEC = ca. 124W oder gesamt 320W und 992W an den Radiator!



Ich habe mal Bilder zum besseren Verständnis angehängt. Ich habe eine 3D-Ansicht der 24 TEC Variante erstellt. Diese werden auf 6 240x40mm Wärmetauscher gespannt.
Innen befinden sich die zwei Wärmetauscher auf der "kalten" Seite, die äußeren vier Wärmetauscher auf der "heißen" Seite. Mit 45x80x240mm ist das ganze sogar erstaunlich kompakt.

Zwei Skizzen habe ich noch zur Veranschaulichung der zwei "Betriebsmodi" angehängt. Zwar nicht schön, aber es ist auch spät..

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Ich kenne mich mit Peltier Devices gut aus. Dat kostet Energie dein Vorhaben. Die ziehen richtig Saft die Dinger. Kondenswasser inklusive. Das Kondenswasser aus der Luft ist kein Millipore Wasser...

Besser ist es einen italienischen Kühlkompressor aus einem alten Kühlschrank zu nehmen, mit Silberlot die Rohre zu löten hin zum Radiator vom Auto vom Schrottplatz.


Da kriegste ne Stromrechnung verpasst, dasse betteln gehen willst. Als ich solche Experimente gemacht habe, kam ich ins Grossverbraucher Abkommen beim Energieversorger. Ich würde alleine mehr Energie verbrauchen als eine 5 köpfige Ottonormalfamilie.

Grossverbraucherabkommen

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Vor allen wüsste ich auch nicht wie man bloß auf einen COP von 1,5 kommt, denn sowas schafft kein Peltierelement . Selbst wenn der Raum klimatisiert wäre und die Temperatur konstant bei 25 °C wäre, und man das Peltierelement auf der niedrigsten Stufe betreibt, sind bei dT 20 K besten falls 0,8 erreichbar. Denn würde man aber bei 24 Elemente nur eine Kühlleistung von 120 W erreichen. Ansonsten liegt der COP eher bei 0,45 - 0,64, das ist extrem schlecht.

Mal davon abgesehen dass 25 °C auf der heißen Seite gar nicht möglich sind. Denn bei den einfachen gezeichneten Rohrkühler kommt nicht nur eine nicht zu vernachlässige Temperaturdifferenz zwischen Wasser und Peltierelement hinzu, sondern auch die Temperaturdifferenz von dem Wärmetauscher. 40 °C bei 25 °C Umgebungstemperatur wäre dann schon gut.

Mein Rat, kauf Dir einfach einen günstigen Chiller, alles andere ist Quatsch. COP bei 4 - 5.

AW: Experiment: Peltier Wasserkühler für ca. 150€

So, bin jetzt tatsächlich an der Variante mit 24 TECs hängen geblieben.
Das Budget wird auf 200€ erweitert.

Die Fernost-Einkaufsliste:
6x 240x40 mm Wasserblock 6x10€ 60€
24x TEC1-12706 Pelzi 52€
1x Pumpe inkl AGB (ich bin ja mal gespannt.. ) 25€
1x Netzteil 5V 50A 27€
Fittings vom Ali! 15€

Macht in Summe erstmal 179€. Wärmeleitpaste und Kleber habe ich noch, sollte reichen.
Schläuche, Schlauchschellen und Kabelgedöns sollte auch genügend da sein.



Und nochmal zum Thema Stromverbrauch: Bei ~5V erzeugen die TECs ca. 200W abwärme, das finde ich nicht besonders beeindruckend.
+ Pumpe und Verluste des Netzteils lassen wir es mal 250W sein. Da komme ich mit 1€ satte 16 Stunden aus. Ich muss dafür also keine Niere verkaufen.

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Duke711 schrieb:

Vor allen wüsste ich auch nicht wie man bloß auf einen COP von 1,5 kommt, denn sowas schafft kein Peltierelement . Selbst wenn der Raum klimatisiert wäre und die Temperatur konstant bei 25 °C wäre, und man das Peltierelement auf der niedrigsten Stufe betreibt, sind bei dT 20 K besten falls 0,8 erreichbar. Denn würde man aber bei 24 Elemente nur eine Kühlleistung von 120 W erreichen. Ansonsten liegt der COP eher bei 0,45 - 0,64, das ist extrem schlecht.

Mal davon abgesehen dass 25 °C auf der heißen Seite gar nicht möglich sind. Denn bei den einfachen gezeichneten Rohrkühler kommt nicht nur eine nicht zu vernachlässige Temperaturdifferenz zwischen Wasser und Peltierelement hinzu, sondern auch die Temperaturdifferenz von dem Wärmetauscher. 40 °C bei 25 °C Umgebungstemperatur wäre dann schon gut.

Mein Rat, kauf Dir einfach einen günstigen Chiller, alles andere ist Quatsch. COP bei 3 - 5.

CW-3000 Industrielle Wasserkuehler Chiller Co2 Laser Schlauch Laserroehre Graveur | eBay

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Ja, der COP ist schlecht, und zwar bei "hohen" Spannungen. Bei 12V liegt er bei ca. 0,6. Der Peak ist bei ca. 4,2V mit 1,6 (20K ΔT). Da aber bei dieser geringen Spannung der Energietransport entsprechend geringer ist, muss die Anzahl der Elemente hoch sein. Das hat wiederrum den Vorteil, dass auf der "heißen" Seite bei 4,5V nur ca. 12W + 8W = 20W pro Element abgeführt werden muss. Durch die große Fläche ist die Chance auf eine geringe Temperaturdifferenz höher. Sind immerhin 384cm² auf der heißen, und 192cm² auf der kalten Seite.

AW: Experiment: Peltier Wasserkühler für ca. 150€

Bei 4,2V ist dieser genauso schlecht:

http://peltiermodules.com/peltier.datasheet/TEC1-12706.pdf

dt 20K

3,9 V * 1,5 A = 5,9 W

1,5 A ~ 5 W

5 / 6 W ~ 0,8

Bei den einfachen Rohrkühler ist die Chance eher auf eine geringe Temperaturdifferenz eher geringer als höher.


Nachtrag:

Mit 50 °C auf der heißen kann man nicht rechnen, da ansonsten die kalte Seite 30 °C haben müsste, was den Sinn des Projektes in Frage stellen würde, oder der dT größer als 20 K ausfallen müsste. Mal davon abgesehen dass die Diagramme vom Hersteller unvollständig sind.

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50°C? Mein Ziel ist 10°C Tc und 30°C Th.

Hier mal ein besseres Datenblatt, das lässt sich genauer ablesen.
http://www.everredtronics.com/files...A0B_v_bf1czcZblNwOllGz2-EE4h1z5Kg-PGAqyzSVrdw

Bei 4,5V sind es ca. 1,9A (8,55W) und einem Qc von ca. 13W, macht einen COP von 1,50.

Google mal nach TEC COP, da siehst du es.

AW: Experiment: Peltier Wasserkühler für ca. 150€

Die ersten Teile sind bestellt. Da die Lieferzeit im Schnitt 2-3 Wochen ist, wird sich das Ganze noch etwas hinziehen. Ich bin im Februar erstmal 3 Wochen im Urlaub.

Ich habe die Ausrichtung des Projekts nochmal geändert. Die Budget-Limitierung hebe ich erstmal auf. Ich werde wohl doch ein ganz neues System aufbauen. Die Komponenten der Wasserkühlung sollen nun doch alle im Gehäuse verschwinden, bis auf den großen 1080er Radiator. Im Gehäuse werden zusätzlich noch ein 240mm und ein 280mm Radiaor hinzu kommen, um die ΔT möglichst gering zu halten. Die Ventile werden zunächst elektrisch via Hand über einen Schalter betätigt, später (wenn ich mal viel Zeit habe..) evlt. über einen Pi (man könnte ihn Pelztier-Pi nennen!). Dieser soll primär dafür sorgen, dass die gewünschte Kühlwassertemp. erreicht wird und ΔT nicht zu groß wird, und entsprechend die Lüfter und das Netzteil regeln.
Über die Wärmeabfuhr der Peltier-Elemente mache ich mir keine Sorgen, da wegen der geringen Spannung und der hohen Anzahl der TECs nur 20-28W je Element auf einer Fläche von 40x40mm abgeführt werden müssen.

Ich bin gerade noch an der Gehäusewahl. Das Fractal Design Meshify C könnte ich mir ganz gut vorstellen.
Das ganze soll möglichst kompakt werden, denn das ist der Vorteil der TECs. Die TECs samt Wärmetauscher wandern in der unteren Schacht, inkl. Ventile und Netzteil.

Vorab werde ich aber erstmal einen Testkreislauf mit einem Tauchsieder aufbauen, um die Leistungsfähigkeit und den Wirkungsgrad des TEC-Kühlers zu testen, und um ggf. die Dimensionierung nochmal zu ändern.