General Quicksilver
Freizeitschrauber(in)
AW: Wasserkreislauf per peltier runterkühlen?
Das Problem ist, das das ganze wohl nicht so funktionieren wird, wie du das möchtest. Du kannst nur Radiator --> kalte Seite Peltier --> CPU --> AGB+Pumpe+weiter Komponenten --> zurück zum Radiator einbauen. Der Temperaturvorteil würde aus der Pumpleistung des Peltiers in Kombination mit dem Durchfluss (und der Wärmekapazität des Kühlmediums) entstehen. Ausgehend von einem Durchfluss von 120 L/h von normalen Wasser würde dies bedeuten: 120l * 4,2 KJ/kg = 504 KJ / 3600s --> 140 Js --> 140W. Also auf Grund der Wärmeksapazität des Wassers und des anliegenden Durchflusses, würde sich im Beispiel eine Leistung von 140W je °C ergeben --> 140W würden eine Änderung der Temperatur des Wassers von 1°C bewirken. Was würde das nun für das Peltier bewirken? --> Das verlinkte Peltier würde 60W Pumpleistung bei 15,2V und einer elektrischen Leistungsaufnahme von 15,2V * 6A = 91,2W erreichen. Unter der Annahme das der elektrische Widerstand des Elementes sich mit der Spannung konstant verhält, würden bei 12V also noch ~ 4,74 A fließen ( R = U/I --> 15,2V/6A --> ~ 2,53 Ohm; I = U/R --> 12V/2,53 Ohm --> ~ 4,74 A. Da die gepumpte Wärmemenge direkt vom fließenden Strom abhängt, würde das Element also bei 12V noch etwa 47,4W pumpen können. Außerdem hängt die maximale Temperaturdifferenz zwischen der heißen und kalten Seite des Peltiers von der anliegenden Spannung ab, aber (zumindest in der nähe der Maximalwerte) leider nicht linear. Angenommen das Element könnte 72K bei 15,2V Temperaturdifferenz erreichen (was für einstufige Elemente bereits ein guter Wert ist), wären das bei einer linearen Abhängigkeit theoretisch ~ 56,8°C, da es aber nicht linear ist, würde wohl irgendwas bei 60°C...65°C herauskommen. Da das ganze ja eh ziemlich theoretisch ist, runden wir das ganze mal auf 50W Pumpleistung und maximal 65°C Temperaturdifferenz. Nun haben wir die beiden Grenzwerte: entweder kann das Element 50W bei =°C Temperaturdifferenz oder 0W bei 65°C Temperaturdifferenz pumpen. Zurück zum Beispiel: 50W Pumpleistung / 140W je °C --> ~ 0,36 °C Temperaturdifferenz (eigentlich müsste hier auch wieder der Abfall der Leistung des Peltierelements in Abhängigkeit der errreichten Temperaturdifferenz betrachtet werden, nur den vernachlässigen wir hier auf Grund der bereits getroffenen Vereinfachungen). Also würde das verlinkte Element bei 120 l/h Durchfluss die CPU - Temperatur um 0,36°C absenken. Das ist aber nur gültig, wenn die Temperatur der warmen Seite des Peltieres die selbe Temperatur wie das zu kühlende Wasser auf der kalten Seite hat. Ein geringerer Durchfluss steigert die erreichbare Temperaturdifferenz, erhöht aber im selben Verhältnis die Temperaturdifferenz die über die CPU enttsteht. Das bedeutet, wenn nun beim Peltier die Wassertemperatur um z.B.: 1°C sinkt, steigt diese über der CPU um 4,96°C statt 1,79°C an. (250W /140W/°C --> ~ 1,79°C). Die ganze Betrachtung vernachlässigt aber die Eigenschaften der Kühlkörper, da der Wärmeübergangswiderstand ja unter anderem auch von der Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmediums abhängzt.. Außerdem sind die Wärmeübergangswiderstände nicht berücksichtigt (Peltier --> Kühlkörper).
Sollte nun eine größere Peltierleistungpumpleistung als die CPU-Verlustleistung verbaut werden, würden die Radiatoren dann gegen die Peltierelemente arbeiten, da das Kühlmedium unter Raumtemperatur gekühlt würde, wodurch es durch die Radiatoren erwärmt würde. Temperaturen unter Raumtemperatur sind also nur sinnvoll in Kreisläufen ohne Radiatoren möglich (klar, bei Peltierpumpleistungen im KW - Bereich würden dann auch die Radiatoren kapitulieren, aber das erachte ich nicht als sinnvoll). Hier würde sich dann das bekannte Problem des Peltierchillers ergeben, die Peltierleistung muss so gewält werden, dass diese die gewünschte Temperaturdifferenz bei der zu pumpenden Leistung erreicht. Für die 250W Verlustleistung der CPU würdest du also 250W Pumpleistung bei 0°C Temperaturdifferenz benötigen. Andererseits würdest du theoretisch eine unendliche Leistung bei 65°C Temperaturdifferenz benötigen (Division durch 0
). Wenn wir den Konstruktionspunkt nun in die Mitte bei 32,5°C Temperaturdifferenz legen wollen, benötigen wir 500W Pumpleistung. ((maximale Temperaturdifferenz / (maximale Temperaturdifferenz - zu erreichende Temperaturdifferenz)) * maximale Pumpleistung = erforderliche Pumpleistung --> 500W = ((65°C/(65°C-32,5°C))*250W. Also du müsstest 10 Elemente verwenden um das Kühlwasser deiner CPU um 32,5°C unter das Kühlwasser der Peltierelemente zu kühlen. Diese wiederherum würden dann 10 * 4,74A * 12V = 568,8W verbrauchen wodurch dann 818,8W im Peltierkühlkreislauf abzuführen wären. Dieser Kreislauf müsste dann ja auch wieder nahe der Raumtemperatur betrieben werden. Außerdem wird hier der Wärmeeintrag der Pumpe, der innere Wärmewiderstand der Kühler, die Wärmeübergangswiderstände an den Wärmeübergängen und die Isolationsverluste nicht berücksichtigt. Außerdem sind noch einige Vereinfachungen in der Rechnung getroffen wurden und auch mehrere Annahmen getroffen wurden. Ich hoffe ich konnte etwas helfen.
Das Problem ist, das das ganze wohl nicht so funktionieren wird, wie du das möchtest. Du kannst nur Radiator --> kalte Seite Peltier --> CPU --> AGB+Pumpe+weiter Komponenten --> zurück zum Radiator einbauen. Der Temperaturvorteil würde aus der Pumpleistung des Peltiers in Kombination mit dem Durchfluss (und der Wärmekapazität des Kühlmediums) entstehen. Ausgehend von einem Durchfluss von 120 L/h von normalen Wasser würde dies bedeuten: 120l * 4,2 KJ/kg = 504 KJ / 3600s --> 140 Js --> 140W. Also auf Grund der Wärmeksapazität des Wassers und des anliegenden Durchflusses, würde sich im Beispiel eine Leistung von 140W je °C ergeben --> 140W würden eine Änderung der Temperatur des Wassers von 1°C bewirken. Was würde das nun für das Peltier bewirken? --> Das verlinkte Peltier würde 60W Pumpleistung bei 15,2V und einer elektrischen Leistungsaufnahme von 15,2V * 6A = 91,2W erreichen. Unter der Annahme das der elektrische Widerstand des Elementes sich mit der Spannung konstant verhält, würden bei 12V also noch ~ 4,74 A fließen ( R = U/I --> 15,2V/6A --> ~ 2,53 Ohm; I = U/R --> 12V/2,53 Ohm --> ~ 4,74 A. Da die gepumpte Wärmemenge direkt vom fließenden Strom abhängt, würde das Element also bei 12V noch etwa 47,4W pumpen können. Außerdem hängt die maximale Temperaturdifferenz zwischen der heißen und kalten Seite des Peltiers von der anliegenden Spannung ab, aber (zumindest in der nähe der Maximalwerte) leider nicht linear. Angenommen das Element könnte 72K bei 15,2V Temperaturdifferenz erreichen (was für einstufige Elemente bereits ein guter Wert ist), wären das bei einer linearen Abhängigkeit theoretisch ~ 56,8°C, da es aber nicht linear ist, würde wohl irgendwas bei 60°C...65°C herauskommen. Da das ganze ja eh ziemlich theoretisch ist, runden wir das ganze mal auf 50W Pumpleistung und maximal 65°C Temperaturdifferenz. Nun haben wir die beiden Grenzwerte: entweder kann das Element 50W bei =°C Temperaturdifferenz oder 0W bei 65°C Temperaturdifferenz pumpen. Zurück zum Beispiel: 50W Pumpleistung / 140W je °C --> ~ 0,36 °C Temperaturdifferenz (eigentlich müsste hier auch wieder der Abfall der Leistung des Peltierelements in Abhängigkeit der errreichten Temperaturdifferenz betrachtet werden, nur den vernachlässigen wir hier auf Grund der bereits getroffenen Vereinfachungen). Also würde das verlinkte Element bei 120 l/h Durchfluss die CPU - Temperatur um 0,36°C absenken. Das ist aber nur gültig, wenn die Temperatur der warmen Seite des Peltieres die selbe Temperatur wie das zu kühlende Wasser auf der kalten Seite hat. Ein geringerer Durchfluss steigert die erreichbare Temperaturdifferenz, erhöht aber im selben Verhältnis die Temperaturdifferenz die über die CPU enttsteht. Das bedeutet, wenn nun beim Peltier die Wassertemperatur um z.B.: 1°C sinkt, steigt diese über der CPU um 4,96°C statt 1,79°C an. (250W /140W/°C --> ~ 1,79°C). Die ganze Betrachtung vernachlässigt aber die Eigenschaften der Kühlkörper, da der Wärmeübergangswiderstand ja unter anderem auch von der Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmediums abhängzt.. Außerdem sind die Wärmeübergangswiderstände nicht berücksichtigt (Peltier --> Kühlkörper).
Sollte nun eine größere Peltierleistungpumpleistung als die CPU-Verlustleistung verbaut werden, würden die Radiatoren dann gegen die Peltierelemente arbeiten, da das Kühlmedium unter Raumtemperatur gekühlt würde, wodurch es durch die Radiatoren erwärmt würde. Temperaturen unter Raumtemperatur sind also nur sinnvoll in Kreisläufen ohne Radiatoren möglich (klar, bei Peltierpumpleistungen im KW - Bereich würden dann auch die Radiatoren kapitulieren, aber das erachte ich nicht als sinnvoll). Hier würde sich dann das bekannte Problem des Peltierchillers ergeben, die Peltierleistung muss so gewält werden, dass diese die gewünschte Temperaturdifferenz bei der zu pumpenden Leistung erreicht. Für die 250W Verlustleistung der CPU würdest du also 250W Pumpleistung bei 0°C Temperaturdifferenz benötigen. Andererseits würdest du theoretisch eine unendliche Leistung bei 65°C Temperaturdifferenz benötigen (Division durch 0
). Wenn wir den Konstruktionspunkt nun in die Mitte bei 32,5°C Temperaturdifferenz legen wollen, benötigen wir 500W Pumpleistung. ((maximale Temperaturdifferenz / (maximale Temperaturdifferenz - zu erreichende Temperaturdifferenz)) * maximale Pumpleistung = erforderliche Pumpleistung --> 500W = ((65°C/(65°C-32,5°C))*250W. Also du müsstest 10 Elemente verwenden um das Kühlwasser deiner CPU um 32,5°C unter das Kühlwasser der Peltierelemente zu kühlen. Diese wiederherum würden dann 10 * 4,74A * 12V = 568,8W verbrauchen wodurch dann 818,8W im Peltierkühlkreislauf abzuführen wären. Dieser Kreislauf müsste dann ja auch wieder nahe der Raumtemperatur betrieben werden. Außerdem wird hier der Wärmeeintrag der Pumpe, der innere Wärmewiderstand der Kühler, die Wärmeübergangswiderstände an den Wärmeübergängen und die Isolationsverluste nicht berücksichtigt. Außerdem sind noch einige Vereinfachungen in der Rechnung getroffen wurden und auch mehrere Annahmen getroffen wurden. Ich hoffe ich konnte etwas helfen. 
