Mittwoch, 16. September 2009

Echte Klimaanlage im Eigenbau

Viele werden es kennen, draußen 36° , in der Dachwohnung 40° x.x
Deswegen wurde es bei mir Zeit für eine Klimaanlage. Natürlich nicht einfach irgendeine, sondern eine billige mit geringen Folgekosten. Herkömliche und am meisten verwendete Klimaanlagen komprimieren unter Energieaufwand (1000 Watt) Kühlmittel und "gewinnen" bei dessen Ausdehnung Kälte (3000 Watt). Im Gegensatz dazu gibt es noch das Prinzip der Verdunstungskühlung: Schnelle (Warme) Teilchen einer Flüssigkeit können aus dem Flüssigkeitsbund ausreißen, gehen über in Luftfeuchte und nehmen dabei Wärme mit. Die zurückbleibenden Teilchen werden kälter.
Dieses Prinzip benötigt kaum Energie, in meinem Fall 30 Watt bei ca 700 Watt Kühlleistung, lässt sich leicht realisieren und ist deshalb perfekt für den Eigenbau. Der einzige Nachteil ist, dass nicht beliebig tief runter gekühlt werden kann, bei meinen Tests ergaben sich maximal 10° Temperatur differenz zwischen Außentemperatur und der Temperatur des Kühlmediums, was in diesem Anwendungsfall allerdings kein wirklichen Nachteil darstellt.


Im wesentlichen benötigt man eine möglichst große feuchte Fläche, an der viel Luft vorbei zieht und die Warmen Teilchen mitreißt.
Weltweit gibt es kaum Firmen die Klimaanlagen nach diesem Prinzip bauen, ich konnte allerdings eine (die einzige?) auswendig machen und mir spezielle "Evaporative Cooling Pads" bestellen. Die Pads sind aus Wasserfestem Papier, besitzen eine große, gut befeuchtbare Oberfläche sowie kleine Windkanäle durch die der Verdunstungseffekt verstärkt wird.

Damit möglichst viel Wasser verdunstet sollte man einen hohen Luftstrom durch die Pads Leiten (1-2 m/s).

In meinem Fall realisiert durch 10 PC Gehäuselüfter (siehe links) mit jeweils 120m³/h Luftdruchsatz, was in etwa ~1.5 m/s Luftgeschwindigkeit ergibt. Die Lüfter verbrauchen um die 10 Watt.


In der 80x60x40 cm(l x b x h) großen Kiste befinden sich die 2 CELdek Matten die etwa 5cm hoch gelagert sind, damit sie nicht im Wasser stehen.

Im unteren Teil der Kiste befinden sich etwa 24 Liter Wasser das von einer kleinen Pumpe durch einen in meinem Zimmer stehenden Radiator und zurück auf die Pads gepumpt wird.

Die komplette Kiste steht auf der Fensterbank, Warme Außenluft wird von den Ventilatoren durch die Pads und wieder nach draußen geblasen, wodurch das Wasser, welches durch die Pads läuft, kälter wird. Der Radiator in meinem Zimmer strahlt die Kälte des gekühlten Wassers ab, die Zimmertemperatur sinkt.

Die bisher messbare Kühlleistung bei 24° Außentemperatur lag in etwa bei 700 Watt bei nur 33 Watt input, die Folgekosten gehen gegen 0! Sobald es draußen wieder über 30° warm wird, werde ich noch ein paar Testmessungen machen, insbesondere da der Wirkungsgrad bei höheren Temperaturen extrem zunimmt. Ich hoffe und schätze mal an die 1500 Watt o.O

Kommentare:

  1. Hi,
    woher bekommt man denn die Pads (wo konn man die bestellen)?
    Und wie kommt man an so einen Radiator?

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  2. Hi,

    mich würde auch intressieren, wo man diese Pads herbekommt.

    lg Christian

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  3. Sehr geehrter Herr Dr. Kned!
    Da ich in Zentralafrika arbeite, ständig der Strom ausfällt, wäre diese Art der Kühlung leicht mit Batteriebetrieb zu gewährleisten. Wie sind Ihre Erfahrungen mit höheren Temperaturen ausgefallen?

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    1. Batterien würd ich nicht empfehlen, aber evtl. Solarzellen

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  4. Interesse besteht bei der genaueren Konstruktion oder zumindest eine Quelle wo die Bauteile her sind, aber nach wie vor keine Rückmeldungen oder?

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  5. Hi,

    nein bisher keine Rückmeldung,
    ich habe celdek schon bei E-Bay gesehen.
    soweit ich weiß gibt es das auch nicht einfach so zu kaufen,
    nur als Ersatzteil für Klimaanlagen oder in großen Mengen(Industrie).

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  7. Ob das auch mit nasser Wellpappe klappt? Theoretisch ginge es auch mit einer dünnen Lage Schaumgummi in einer Wasserschale, wenn über das Schaumgummi ein Wind pfeift. Wahrscheinlich (bei größerer Oberfläche) auch ohne Wind - ganz solar betrieben - denkbar.
    Man könnte also eine nicht tapezierte rauhe Zimmerwand (verputzt) mit Wasser berieseln. Das könnte über Glaswolle kapillar aufsteigen, wenn man auch die paar Watt sparen muss und absolute Windstille herrscht und Solarzellen für Pumpenantrieb auch tabu sind. Bin gespannt, ab welchem Tag zusätzlich auch Algenöl an dieser Wand geerntet werden kann ;) Falls die Wand nicht grün werden darf, sollte sie schön dunkel gehalten werden. Andererseits ist ein Algenfilm ideale Verdunstungsflächenvergrößerung ähnlich wie Papierbeschichtung von Kühlboxen.

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  8. welche Temperatur hat das Wasser denn erreicht bei 24 Grad Außentemperatur? Ich kann mir gut vorstellen, dass durch die Verdunstung das Wasser abgekühlt wird, aber der Radiator (was ist das für ein Teil) wird doch niemals im passiven Betrieb 700 Watt abstrahlen? Hier müsste auch wieder mit Lüftern gearbeitet werden oder?

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  9. Die Anlage ist fast fertig, nur die Pads stellen ein Problem dar, der einzige Deutsche Lieferant für die Dinger ist HSS Dietz GmbH. Diese allerdings sind extremst unwillig (Fazit: Überhaupt nicht) die Pads zu verkaufen, sondern wollen einem eine Ihrer anlagen andrehen die für den Privat Gebrauch doch völlig falsch sind.
    Die Idee mit Wellpappe führte im Beta Test dazu das sich diese Früher oder Später auflöste
    Es wäre also Schlichtweg einfach mal nett wenn der Autor seine Bezugsquellen zur Verfügung stellt.

    PS: Die Faustformel für Verdunstungsenergie besagt das es nach Theoretischer Physik möglich sein müsste im Absoluten Idealfall eine Effizient von 1:20 (1kw = 20kw kühlung) zu erreichen
    Ferner gilt 1Liter wasser bringt ~650watt kühlleistung
    Mein Beta aufbau hatt einen Energieverbrauch von etwa 54Watt was solartechnisch gehen sollte
    Und noch etwas, in meinen Versuch brachte ein Passiver Radiator kaum Leistung, wurde auch noch mal mit einer Lüfterbatterie gekoppelt

    Bezugsquellen:
    Plastikbox = Baumarkt
    Umwelzpumpe = Baumarkt
    Wärmepads = ????
    Wasserschläuche = Baumarkt
    Lüfter = PC Handel
    Radiator = PC Handel (Google=Wasserkühlung)
    12V Stromversorung = Standart 12V Netzteil/Solarzelle

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    1. PS:
      Mein Aktuelles Splitgerät hat eine Effizents von 1:7,5 was für derartige Geräte extrem ist, aber eben noch weit davon entfernt was dieses System leisten kann

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  10. So nach dem es ja jetzt ne Hitze welle hatte :)
    Die Anlage in etwas anderem Aufbau und deutlich größer ergab eine Gemessene Kühlleistung von etwa 3,5kw (gemessen mit Rossweiner Headplus) bei einem energie aufwand von etwa 90 Watt für Pumpe und Lüfter was einer Effizients von über 30 entspricht (allerdings ist das selbst mir zu hoch und ich schließe Fehler nicht aus :)

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    1. Hallo,
      konntest du schon Erfahrung mit deiner Anlage machen ? Wie hast du das Problem mit den Pads gelöst ? Ich könnte mir als Alternative einen Autokühler vorstellen, der hätte sogar schon einen Ventilator.

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    2. Yap allerdings machte Sie bei großer Feuchtigkeit schlapp, google mal nach dem h-x molier diagramm da sieht man das ganz gut, und da wir hier fast immer gleich bei 80% r.h sind tut Sie sich schwer

      Die Pads hab ich einfach durch Grobes Aquariumvlies ersetzt, funktioniert genauso ist billiger und ganz einfach zu beschaffen :)
      1 "Liter" verbautes vlies hat in etwa eine verdunstungsleistung von 1Liter flüssigkeit wenn man 5 Liter davon verbaut entspricht das also in etwa einer kühlleistung von ~3kw maximal.

      Die Idee mit dem Autokühler in der Wohnung ist im Prinzip genau das was ich amche, nur habe ich eben PC-Wasser Kühler verbaut (http://www.aquatuning.de/wasserkuehlung/radiatoren/radiatoren-aktiv/17834/phobya-xtreme-quad-480/560-v.2-full-copper?c=352). Das System funktioniert ganz gut. Entkalken oder Bakterien hatte ich nicht, hab das Ding aber spätestens alle 7 Tage gereinigt

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    3. Danke für deine Antwort :). Wenn man von 30°C und 80% r.F. dann kann die Luft bei einem adiabatischen Prozess 6 g(wasser)/kg Luft aufnehmen. Bei denn 1200 m3/h wären das ca. 4kW theoretische Leistung. Kannst du abschätzen welchen Luft Volumenstrom du Im Aussenteil hast ?

      Die Idee war zwei kühler zu benutzen um einen geschlossenen Kreislauf zu erhalten. Den äusseren kühler als verdunstungsfläche benutzen. Die Frage wäre mit welcher Variante man mehr Wasser verdunsten kann.

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    4. Wie berechnet man sowas, wo finde ich die Theoretischen Grundlagen ?
      So wie ich das lese müßte ich nur z.b. einen 1000m³/h lüfter dahinter schalten und das ding müßte Theoretisch eine bestialische Leistung haben ..

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  11. Damit möglichst viel Wasser verdunstet sollte man einen hohen ... ventilatormitwasser.blogspot.de

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    1. Interessant, hast auch auch nen theoretischen Aufbau ? Was ich nutze sind waagerecht angeordnete PC Lüfter 3x120mm

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    2. Das sind alles direkte verdampfer, hier gehts aber um indirekte verdampfer

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  13. http://www.bilder-upload.eu/show.php?file=e51c22-1436386636.jpg
    Ich hoffe man kanns verstehen.

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  14. So ähnlich funktionieren die Profigeräte
    Die Brauchen dann aber sehr viel wasser

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  15. Vlt kann man sich die Zerstäubung ja sparen und dein Fließ verwenden, wäre eine Pumpe weniger.
    Mehr Wasser = Mehr Kühlung ? Vorteil ist wenn das Wasser nicht direkt auf dem Wärmetauscher verdunstet, verdreckt dieser nicht.
    Sonst muss man das Wasser behandeln.

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    1. Ich arbeite Lieber mit dem Fließ, da kannst das wasser einfach dran rinnen lassen, verdunstung braucht ja eigentlich nur oberfläche :) vorallem das vlies kannst einfach auswaschen, ich muss mich mal in deine Aussage einlesen, und bin am überlegen ob ich dann einen größeren Kühler einbaue, in der Hoffnung mehr Luft = mehr Verdunstung ... gleich mehr Leistung damit sollte dann auch der Vorlauf der Anlage ja sinken, kälterer Vorlauf mehr Kühlung. Für meine Ansprüche würden etwa 5-6kw völlig langen, das müßte aber immer funktionieren. Zur Alten Frage: die Lüfter die ich jetzt verbaut habe schaffen lt. anleitung etwa 90m³/h allerdings sind das 9 Stück, weiß nicht ob sich da was komuliert die Frage währe nett

      Wenn ich 9x 90m³/h habe habe ich dann quasi 810 ?

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  16. Hab mir gestern den ersten Kühler geholt. Werd heute mal in den Baumarkt schauen und den Rest holen :B

    Die Grundlage zu meiner Überlegung wie folgt:

    Wasserdampfsättigungsdruck [ps] bei 30°C = 4244 pa -> 4244*80%= 3395pa <- Sättigungsdruck bei 30°C und 80% Luftfeuchtigkeit
    Mit der Formel roh(Dichte)=ps/(T(Temperatur in K) * Ri(Gaskonstante J/(kg*K))
    => Absoluter Wassergehalt 4244pa / (303 K * 462 J/kg*K) = 30 g(Wasser)/kg(Luft)
    => 3395pa / (303 K * 462 J/kg*K) = 24 g(Wasser)/kg(Luft) => Differenz 6 g Wasser die 1 kg Luft aufnehmen kann.

    Das heist wenn wir mehr Luft haben, können wir mehr Wasser abführen.

    Energie ausrechnen => Q = r (Verdunstungsenergie J/kg * m ) = 2256 kJ/kg * 0.006 kg = 13,5 kJ pro kG Luft

    Du hast also 810 m3 Luft pro Stunde geteilt durch 3600s sind 0.225 m3 pro Sekunde.
    Multipliziert mit der Dichte von Luft bei 30°C = 1,1644 kg/m3. -> 0.225 m3/s * 1,1644 kg/m3 = 0.26 kg/s.

    Leistung berechnen P = 13,5 kJ/kg * 0.26 kg/s = 3,5 kW Theoretische Maximale Leistung.

    Intressant wäre wie viel Wasser man dann tatsächlich pro kG Luft aufnehmen kann.

    Zu der Frage mit wie viel Volumenstrom die Lüfter tatsächlich bringen. Die 90 m3/h ist die Norm Leistung die der Lüfter im idealen Zustand liefert.
    Man muss hier beachten das z.B. ein Widerstand im Luftweg die Leistung vermindert. Z.b. wäre dass das Fließ.
    Ein weiterer Aspekt ist sicher das die Lüfter nebeneinander montiert sind, dadurch wird sich der Volumenstrom auch verringern.

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    1. So, ich werde mal meine etwas umbauen 2 Boxen, eine als Vorratsbehälter, in die 2. Nur Vlies und einen Power Axial Lüfter mit 1200m³/h mal sehen was sich messen läßt :)

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    2. So konstruktion steht auf em Papier morgen wird der Baumarkt überfallen :D

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  17. So Bin ab Morgen erstmal im Norden (juhu)
    Mir ist mit meiner aufgefallen das sie kaum entfeuchtet, wie entfeuchtet man mit diesen Kühlern ??

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  18. gibts ein foto von deinem neuen aufbau ? funktioniert der ? lässt du eigt. wasser über das fließ laufen oder stehen die nur so drinnen ?
    ich bekomme die woche alle meine teile :D
    entfeuchten kannst du nur wenn du mit der temperatur unter dem taupunkt bist. wenn du deine raumluft entfeuchten willst, müsste also wasser an deinem raumkühler ausfallen. was der wahrscheinlich nicht mag.

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    1. Der blog frißt ständig meine Beiträge, verliehre langsam die Lust zu schreiben

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    2. gibt es die Möglichkeit sich privat auszutauschen ?

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  22. So ich bin raus, aus der Geschichte, warum ?

    I. Das Problem Nr. 1. In der Praxis zeigt sich eine maximal abkühlung um 7°C ... bassierend auf 22°C ergibt sich das die Klimaanlage ab 30°C diese Temperatur nicht mal mehr Theoretisch halten kann !!!

    II. Zwar kühlt die Anlage aber sie entfeuchtet nicht, so das der Raum früher oder später in Feuchtigkeit ertrinkt !! Ohne eine alternative möglichkeit die Luft zu entfeuchten sind diese anlagen eine Sackgasse

    III. Es gibt mittlerweile brauchbare wärmepumpen mit einem wirkungsgrad von über 9 !!!

    Solange hier keiner eine Brauchbare Idee hat, wie man das Problem mit der Feuchtigkeit in den Griff bekommt ... bleibe ich bei der Wärmepumpe

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  23. Du musst Abkühlung der Raumluft und Verdunstungsluft trennen.
    Wasser rinnt über eine Kapillarmatte (Fa. Ortmann) über ein Stahlblech und holt sich die Wärme für die Verdunstung vom Stahlblech. Dazu musst Du Außenluft hinblasen und feuchte Luft nach außen wegblasen. Das Stahlblech wird an der Rückseite mit Raumluft angeblasen und dadurch erwärmt bzw. die vorbeistreichende Luft wird abgekühlt.

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  24. Du musst Abkühlung der Raumluft und Verdunstungsluft trennen.
    Wasser rinnt über eine Kapillarmatte (Fa. Ortmann) über ein Stahlblech und holt sich die Wärme für die Verdunstung vom Stahlblech. Dazu musst Du Außenluft hinblasen und feuchte Luft nach außen wegblasen. Das Stahlblech wird an der Rückseite mit Raumluft angeblasen und dadurch erwärmt bzw. die vorbeistreichende Luft wird abgekühlt.

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  25. Auch diese Lösung holt die zu kühlende Luft von anderswo und feuchtet eine "andere Luft" an:
    https://www.youtube.com/watch?v=juvLnZwB3Wc

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  26. Das Video beschreibt doch genau das Problem was ich habe :)
    Bei 12,9°C hat die Luft ~70% Feuchtigkeit

    Das Problem ist der Taupunkt !
    Gehen wir einmal von 22°C und 55% r.H aus bedeutet das 12,5°C

    Der Innenraumkühler bzw. der Vorlauf des Innenkühlers muß also <12,5°C sein damit das Wasser dort Kondensiert und nicht in der LUft bleibt beziehen wir jetzt auch noch das H-X mollierdiagramm ein ... ist es eigentlich fast nicht möglich diesen Wert zu erreichen ! Beziehen wir nun auch noch die sogenannte gefühlte Temperatur mit ein bedeutet ein Kühlen OHNE Trocknung der lUft eine zusätzliche Belastung

    Mittlerweile hab ich meinen Traum wargemacht und wohne nun an der Küste ... 70% r.h. und mehr sind hier normal ein Weiterer punkt der diese Technik hier oben unmöglich macht

    Man müßte die Luft vor dem Ansaugen bzw. durch ein Salzbett ziehen um Sie zu trocknen jetzt wird der aufbau dann aber wieder so Kompliziert ..... Wenn du eine Lösung findest um die Luft einfach und realisierbar zu trocknen bitte Info und schon mal meinen Respekt wenn du das Problem lößt :-)

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    1. Wie wäre es, wenn man den Radiator innen mit Raumenteuchtern aus dem Baumarkt kombiniert? Im Richtigen Aufbau sollte das doch funktionieren.
      Aber warum sollte die Luftfeuchtigkeit denn so feucht werden mit der Zeit? Wir lüften Nachts die ganze Wohnung, sofern es noch kühl genug ist und ansonsten sind die Fenster den ganzen Tag geschlossen und Rollläden unten. Das Hält die Temperatur zumindest in erträglichem Rahmen. Die Feuchte schwankt zwischen 50%~60% also auch normal. Ansonsten wird man um einen elektrischen Entfeuchter nicht drumherum kommen denke ich

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  27. Lieber Dr. Kned,

    danke für diese tolle Anleitung.

    Ich wollte fragen, ob Sie eventuell auch mal eine Anleitung zusammenstellen könnten, wie man eine elektrische Kühlbox selber bauen kann. Sollte ja nicht merklich komplizierter sein als der Eigenbau einer Klimaanlage, nehme ich an.

    http://www.elektrischekuehlbox.net/

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  29. Eine sehr gute Anleitung. Wer jedoch etwas kleineres möchte, kann hier vorbeischauen: http://klimaanlagen-test.info/klimaanlage-selber-bauen/

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    1. Sorry das sind 2 Völlig unterschiedliche Dinge, da haben Sie was misverstanden

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