DIY Kühler + Entfeuchter mit Peltier-Element

[THCBorg]

Peltier-Element

Ein Peltier-Element, auch bekannt als thermoelektrischer Kühler, basiert auf dem Peltier-Effekt, der 1834 von Jean Charles Athanase Peltier entdeckt wurde. Es handelt sich dabei um ein elektronisches Bauteil, das elektrische Energie direkt in eine Temperaturdifferenz umwandeln kann. Dies geschieht durch das Prinzip des thermoelektrischen Effekts, insbesondere des Peltier-Effekts.

Für Nerds:

Die Wärmeleistung 𝑄 , die an der Verbindungsstelle abgegeben oder aufgenommen wird, ist proportional zum elektrischen Strom 𝐼 und wird durch die Peltier-Konstante Π bestimmt:

Q=Π⋅I
Dabei ist Π die Peltier-Konstante, die von den Materialien abhängt.

Funktionsweise

Aufbau

Ein Peltier-Element besteht aus vielen kleinen Halbleiterpaaren (oft aus Materialien wie Bismut-Tellurid), die in Reihe geschaltet und zwischen zwei Keramikplatten angeordnet sind.
Diese Halbleiterpaare sind abwechselnd als p-Typ (positiv dotiert) und n-Typ (negativ dotiert) ausgeführt.

Elektrischer Strom:

Wenn ein Gleichstrom durch das Peltier-Element fließt, bewegt sich der Strom durch die n-Typ- und p-Typ-Halbleiter.
Bei der Übergangsstelle zwischen den n-Typ- und p-Typ-Halbleitern findet der Peltier-Effekt statt.

Peltier-Effekt:

An der Verbindung zwischen den unterschiedlichen Halbleitermaterialien wird Wärmeenergie entweder absorbiert oder abgegeben.
Ein Teil des Elements wird kalt (Wärme wird absorbiert), und der andere Teil wird heiß (Wärme wird abgegeben).

Wärmeübertragung:

Die kalte Seite des Elements kann verwendet werden, um einen Raum oder ein Objekt zu kühlen.
Die warme Seite muss in der Regel durch Kühlkörper oder andere Kühlsysteme gekühlt werden, um die erzeugte Wärme abzuleiten und eine Überhitzung zu verhindern.

Anwendungen

Kühlung: Peltier-Elemente werden häufig in kleinen Kühlsystemen verwendet, wie z.B. in tragbaren Kühlern, CPU-Kühlern oder Getränkekühlern.
Heizung: Sie können auch als Heizvorrichtung verwendet werden, indem der Stromfluss umgekehrt wird.
Temperaturregelung: In präzisen Temperaturregelungssystemen, wie z.B. in wissenschaftlichen Instrumenten oder medizinischen Geräten, werden Peltier-Elemente verwendet.
Vorteile und Nachteile

Vorteile:

Kompakt und leicht.
Keine beweglichen Teile, daher leise und zuverlässig.
Präzise Temperaturregelung möglich.

Nachteile:

Relativ ineffizient im Vergleich zu konventionellen Kühlmethoden (hoher Energieverbrauch).
Kann große Mengen an Wärme erzeugen, die abgeführt werden müssen, um das System effizient zu halten.
Durch ihre Fähigkeit, elektrische Energie direkt in eine Temperaturdifferenz umzuwandeln, bieten Peltier-Elemente eine vielseitige Lösung für Anwendungen, bei denen konventionelle Kühlmethoden nicht geeignet sind.

Genug der Theorie, hier kommt die Praxis:

Anleitung zum Bau eines Luftkühlers/Entfeuchters mit einem Peltier-Element

Materialien:

1x Peltier-Element (z.B. TEC1-12706)
2x Kühlkörper (einen für die heiße Seite, einen für die kalte Seite)
3x Lüfter (passend zu den Kühlkörpern / Löcher)
1x Plastikbox (groß genug, um alle Komponenten zu beherbergen) (Noch besser wäre Holzbox oder Styropor)
Wärmeleitpaste
Wärmeleitpads
Netzteil (passend zur Spannung und Stromstärke des Peltier-Elements, z.B. 12V 10A)
Kabel

Peltier-Element hat 12V 3A, dazu kommen noch die Lüfter. Ihr solltet auf das Netzteil achten (mind. 5A noch besser 10A).

Ihr könnt auch ein „fertiges“ Element nutzen. Hier ein Beispiel von A: Amazon.de

Vorbereitung der Plastikbox (Styropor/Holzbox…):

Schneiden Sie Löcher in die Plastikbox, um die Lüfter und Kühlkörper zu montieren. Die Löcher sollten so positioniert sein, dass ein Lüfter und ein Kühlkörper auf der Außenseite und der andere Lüfter und Kühlkörper auf der Innenseite der Box sitzen.
Schneide weitere Löcher rein, damit die Luft rein und raus fließen kann. Installiere ein Lüfter an einer Seite (Rauspusten).

Montage der Kühlkörper:

Tragen Sie Wärmeleitpaste auf beide Seiten des Peltier-Elements auf.
Befestigen Sie das Peltier-Element zwischen den beiden Kühlkörpern. Stellen Sie sicher, dass die kalte Seite des Peltier-Elements auf den Kühlkörper zeigt, der innerhalb der Box sitzt, und die heiße Seite auf den Kühlkörper, der außerhalb der Box sitzt.
Nutzen Sie Schrauben, Muttern und Unterlegscheiben, um die Kühlkörper sicher zu befestigen.

Hier ein Video dazu:
https://www.youtube.com/watch?v=bqXNVg4CrYE (nicht von mir)

Montage der Lüfter:

Befestigen Sie die Lüfter an den Kühlkörpern. Der Lüfter auf der Außenseite sollte die Luft von den Kühlkörpern wegblasen, während der Lüfter auf der Innenseite die Luft über den Kühlkörper zieht.
Verschrauben oder kleben Sie die Lüfter sicher an den Kühlkörpern.

Elektrische Verbindung:

Verbinden Sie das Peltier-Element mit dem Netzteil. Achten Sie auf die richtige Polarität.
Verbinden Sie die Lüfter ebenfalls mit dem Netzteil. Verwenden Sie dafür geeignete Kabel und Lötverbindungen.
Pro Tipp: Installieren Sie einen Schalter zwischen das Netzteil und die Komponenten, um das System an- und ausschalten zu können.
Nerd Tipp: Du kannst es auch über ein NodeMCU / Mosfet automatisieren. (Anderes Tutorial was von mir mal kommt)

Isolieren Sie alle elektrischen Verbindungen sorgfältig mit Isolierband, um Kurzschlüsse zu vermeiden.

Zusammenbau:

Setzen Sie die Kühlkörper und Lüfter in die vorbereiteten Löcher der Plastikbox ein.

Rot zu Rot
Schwarz zu Schwarz

Alles ans Netzteil und los gehts…

Ich habe mal geschaut, ob das auch klappt was ich Prädige…

Start:

Nach 2 Minuten

Durch den Lüfter der die Luft rausbläst, ist dieser Vorgang auch realistisch. Ich werde dazu noch ein Langzeittest machen (wenn ich mehr Zeit finde).

Hoffe das Thema interessiert euch

Apropro, dies sollte man vor den Lufteingang der Box positionieren.

Ein kleines Achtung noch:
Ist die Luftfeuchtigkeit hoch und die Luft wird abgekühlt, bildet sich in der Box Wasser! Achtet bitte darauf!

[Northlight76]

Also ich persönlich hab von solchem Technik Bastelkram ja null Ahnung, aber ein befreundeter Grower von mir ist auch so ein Tüftler und der erzählt mir schon seit längerem, dass er vor hat, sowas zu bauen. Dem habe ich das gleich mal als Link geschickt, vielleicht kann er ja damit was anfangen.

[Katana]

Top - sehr cooles Tutorial.
Was mich ja für meine Zwecke am meisten interessiert:

schwarz PLUS - rot MINUS = KALT
rot PLUS -schwarz MINUS = HEISS

Ist das so richtig?
Du weisst ja, ich will das Ding in eine Styroplatte stecken und an die Blechwand kleben.
Ich brauche nur eine ca.15x15 grosse, arschkalte Fläche.
Sollte doch gehen …

[verti]

das ding hat 2 seiten. eine wird warm, eine kalt. oder andersrum, jenachdem wie man das ding polt.

[THCBorg]

Das Ding wird auf einer Seite waren/wirklich heiß und auf der anderen kalt. Deswegen brauchst du auch bei der Seite (außerhalb der Plastik Box) ein größeren Lüfter und die Box trennt die Vermischung dazwischen …

[Katana]

Wie jetzt - die wird GLEICHZEITIG heiss und kalt?
Ich denke, die Temperatur kann ich mit der Polung ändern?

Ich brauche nur ne kalte Platte - alles andere ist mir komplett Latte …

Bah, ich mach in TT&T weiter -
ist ja eher ein anderes Projekt, als dein coohooler Entfeuchter.

[GurkenRaspler23]

@Katana

Wie jetzt - die wird GLEICHZEITIG heiss und kalt?

Hajo, die eine Seite wird heiß und die andere wird Kalt. Die Polung ändert nur welche seite Kalt und welche Heiß wird.

@Katana

Ich brauche nur ne kalte Platte - alles andere ist mir komplett Latte …

Die Wärmeenergie muss ja irgendwo hin, zumindest wenn sich dein Haushalt an Gesetze der Thermodynamik hält.

[Matze]

Ich behaupte ja alles Quatsch mit der Thermodynamik und es gilt das Gesetz des „Äquivalenten Tausches“ aus Full Metal Alchemist … ;p

[Katana]

Ich könnt ja ne KI fragen, was die von dem Vorhaben hält.

By the way - das hätte ich wirklich vor den ganzen doofe Fragen machen können.

Ghost in the Shell

Anschluss und Temperaturverteilung:

• Schwarzes Kabel an Plus (+) und rotes Kabel an Minus (-):
  • In dieser Konfiguration fließt der Strom in einer Richtung durch die Peltier-Elemente.
  • Die Seite des Peltier-Elements, die mit dem P-Typ-Halbleitermaterial beginnt, wird kalt.
  • Die gegenüberliegende Seite, die mit dem N-Typ-Halbleitermaterial endet, wird heiß.

Temperatur der einzelnen Seiten:

• Die genaue Temperatur der kalten und heißen Seite hängt von verschiedenen Faktoren ab, darunter:
  • Die Leistungsaufnahme (Stromstärke und Spannung).
  • Die thermische Last (die Menge der abzuführenden oder zu absorbierenden Wärme).
  • Die Umgebungstemperatur.
  • Die Effizienz und Konstruktion des Peltier-Elements.
• Typische Temperaturunterschiede:
  • Peltier-Elemente können Temperaturdifferenzen (ΔT) von bis zu 70 °C oder mehr erreichen. Das bedeutet, wenn die heiße Seite auf Raumtemperatur (z.B. 25 °C) gehalten wird, kann die kalte Seite auf etwa -45 °C abkühlen.
  • Unter realistischen Bedingungen und mit ausreichender Kühlung der heißen Seite ist eine ΔT von etwa 40-60 °C üblich.

Beispiel:

• Wenn das Peltier-Element in einer Umgebung von 25 °C betrieben wird und eine ΔT von 50 °C erreicht:
  • Die kalte Seite könnte etwa -25 °C haben (25 °C - 50 °C).
  • Die heiße Seite könnte nahe 75 °C sein (25 °C + 50 °C).

Zusammengefasst erzeugt das Peltier-Element beim Anlegen von Strom einen Temperaturunterschied zwischen seinen beiden Seiten. Welche Seite kalt und welche heiß wird, hängt davon ab, wie der Strom durch das Element fließt, und die genauen Temperaturen hängen von den Betriebsbedingungen ab.

[THCBorg]

deswegen habe ich im Tutorial die Box genommen und die Bereiche zu trennen…

[GruenerBaron]

Warum benutzt du zusätzlich zum Kühlschrank eine Box mit Peltier-Element? Willst du die Temperatur runter bekommen? Da könnte zeitweilig auch der Kühlschrank eingeschaltet werden.

Ein offenes System mit Peltier-Element wird sehr ineffizient laufen.
Ein geschlossenes System wäre besser, da könnte mit der Polung vom Peltierelement die Temperatur eingestellt werden und zusätzlich Luft entfeuchtet werden. Dann hätte man einen thermoregulierten Luftentfeuchter.
Wichtig wäre nur für den kontrollierten Wasserablauf zu sorgen.

[THCBorg]

Ich nutze kein Kühlschrank.
Das Tutorial war nur um ein Beispiel zu zeigen, dass es eine Möglichkeit wäre.

Ansonsten hast du einige interessante Ansätze

[GruenerBaron]

Oh sorry, verwechselt Das war jemand anderes: Improvisierter Trockenschrank mit Trockenmittel

Ja dann würde ich das definitiv als geschlossenes System konzipieren, allerdings braucht es eine Steuerung.

[THCBorg]

Jo, esp mit ein mosfet könnte es steuern

[Mandelhoernchen]

High!
36W/h x24 = 0, 864 kW am Tag.

Das ist nicht wenig für so wenig Effizienz.

Wenn man mit der Abwärme was anfangen kann - OK, anderes Bild, aber um die RLF in den Griff zu kriegen - m.E. ein unzureichendes Ergebnis.
Nix gegen die Bastelei! Sauber und schlüssig.
Nur eben, wenn die Abwärme nur weggeworfen wird, mindestens zu teuer.

Nicht böse sein - ich hab so einen Entfeuchter und lass ihn jetzt rumliegen…

Cya!

[THCBorg]

Den Strom hatte ich auch in den Nachteilen aufgelistet.

Strom ist mir relativ egal , meine Solarzellen liefern genug.

Gebe dir aber recht, das ist was zum „rumspielen“. Deutlich effektiver bist du mit einen entfeuchtet oder anderer Technik.

[GruenerBaron]

Ich hab da nochmal drüber nachgedacht. Als offenes System wird langfristig genau das Gegenteil erreicht.
Wenn die Luft zirkuliert, wird sie zwar kurz kalt. Aber durch die extreme Abwärme vom Peltierelement wird sich die Raumluft stärker erwärmen, als die Boxluft abkühlt. D.h. es wird immer wärmer werdende Luft angesaugt.
Mit einem offenem Kühlschrank bekommt man auch keinen Raum gekühlt.

[Selbstversorger]

Ich denke nicht dass das Peltierelement durchlaufen würde. Ist der Maximalwert erreicht, würde die feuchte Luft am eingeschalteten Peltierelement vorbeigeführt. Die Luftfeuchtigkeit schlägt sich recht schnell als Reif nieder. Bei Erreichen des Minwertes schalten Lüfter und Peltierelement ab und das Wasser tropft in einen Behälter. Geschätzt läuft das Peltierelement keine 10% der Zeit. Wenn man regelmäßig größere Mengen trocknen möchte ist das auf jeden Fall ein Versuch wert. Bei kleineren Mengen vielleicht doch chemisch.

[Jakob]

Hallo @GruenerBaron, bedenke ein Beispiel:

• Umgebungs Raum mit 10x10x3m = 300 kubikmeter.
• Entfeutchtungs- Box mit 20x30x20cm = 0.012 kubikmeter
  In diesem Fall wäre das Volumen der Box 25000 mal kleiner als das des Raumes. Die Temperatur der Raumluft wäre daher unmessbar erhöht, verglichen mit der Temperatursenkung in der Box.

Aber es geht hier sowieso um die Konsensation und die damit erzielte Senkung der Luftfeuchtigkeit.

Verbesserungsvorschläge:

• Luftaustausch meiden, oder zumind. eine Intervalschaltung verwenden. Die ständige Zufuhr von Raumluft führt zwangsläufig feuchte Luft in die Kammer, welches gegen die Entfeuchtung wirkt.
• Für Auffang des Kondensatwassers innerhalb der Box unterm Peltierelement sorgen, und das Kondensat nach aussen in ein Auffangbehälter führen. Wasser in der Box arbeitet auch gegen die Entfeuchtung.
• Styropor Kühlbox verwenden, wenn zusätzlich zur Entfeuchtung eine Kühlung erwünscht wird.

Mit entsprechender RLF Messung und Schalter (Raspberry Pi/Arduino o.Ä.) wäre eine feinabstimmbare trocken/cure Vorrichtung machbar.

Da ich in meiner Kellerwohnung stets 70+% Luftfeuchtigkeit messe, finde die Idee sehr interessant. Eine Passivlösung mit Dessicant (Calziumcarbid, Ton, Silica Gel) ist für mich auf Dauer auch nicht ohne Energiezufuhr möglich, wenn ich das Material immer wieder mal im Ofen aufheizen muss um es auszutrocknen.

Es gibt meineswissens auch fertige Peltier-basierte Entfeuchter zu kaufen, die auch einigermassen funktionieren sollen. Vielleicht ist es möglich so ein Gerät ohne viel Bastelarbeit zweckgemäß zu modifizieren.

Das juckt mich schon, obwohl ich mit der erlaubten mini-Ernte auch mit Weckgläser und getrocknetem Reis ans Ziel komme.

[hellis]

Ja gibt es

Peltier-Luftentfeuchter TTP 5 E

Ratgeber Luftentfeuchter - TROTEC