Sry, ich bin ein bisschen eskaliert. Ich hab alles in spoiler gepackt damit ihr die uninteressanten Teile einfach skippen könnt ![]()
Oh man, da ist man einmal im Urlaub und schon stampft ihr ein (für mich) tolles Thema ohne mich aus dem Boden ![]()
Da ich in meiner Energietechnik Vertiefung ja eigentlich nichts anderes mehr mache als Wärmetauscher, Dampf und Klimaanlagen, hab ich für dein Thema glaube ich genau die richtige Expertise Maxwell ![]()
Lustigerweise habe ich mich auch schon damit beschäftigt wie man eine kleine Kühlanlage für Zuhause basteln könnte um dem #sommer
zu entgehen. Ich kau hier jetzt erstmal alle vorherigen Vorschläge durch und geb dann meinen eigenen Senf dazu. Die Idee mit der Badewanne -sorry Maxwell- hinkt gewaltig, das ist einfach ne schlechte Idee aber mir gefällt dass du die Energie die du dem Raum entziehst nich einfach wegkippen willst ![]()
Die Badewanne als Energiespeicher
Es ist eine schlechte Idee weil die Badewanne zwar n guter Energiespeicher ist (deine Salzlake ist super für Industrie Cheesecake , aber hier n bissel arg over the top. Ne normale, mit 100l gefüllte Wasserwanne, kann uns pro 10K Wassererwärmung eine 100m² Wohnung mit 2,4m Deckenhöhe um 2K kühlen, schon ohne Salz ;)), Problem ist aber dass dein Wärme bzw Kältespeicher beschissenst isoliert ist und die Wärme wieder an das zu kühlende Medium verliert. Die Grädigkeit mit der sich dieses System verhält ist doppelt kake: Je weiter ich die Häuslichkeit kühle, desto wärmer wird mein Wasser und desto größer werden das Temperaturgefälle an der Wasserwanne und damit die wieder zurück übertragene Wärme. Furchtbar.
Die Idee mit der guten Wärmedecke aus dem Erste-Hilfe Kasten möcht ich da auch zurück ans Reißbrett weisen. Die Behindert nämlich nur den Strahlungsaustausch, merkt man auch wenn man sich damit schön auf nasses Graß pflanzt, wird schön kalt am Hintern. Strahlung wird bei unserem sagen wir mal 60°C warmen Wasser (Glaub kaum dass wir ne höhere Grädigkeit schaffen) nicht sehr viele Probleme bereiten, da ist Wasser einfach nicht der Typ für. Konvektion und Konduktion sind unsere Probleme, mit dem Ersteren an Stelle Nr 1. (Einfaches Experiment: Halt deine Hand an mehrere Stellen an und neben einen Topf mit 60° heißem Wasser. Wo tuts am meisten weh? Und spürst du die Wärmestrahlung?)
Gegen den Wasserdampf der entsteht und an der Wärmedecke kondensiert und seine Energie über das metallerne dünne Plastik an die Luft wieder abgibt hat die Wärmedecke wenig zu bieten. Mach lieber ne gute Wolldecke drauf ![]()
Ganz im Ernst: Geh zu IKEA, kauf die Plastikbox mit der dicksten Wand, hol dir von irgendwoher Isolierung für Häuser als Abfallprodukt, tacker das zeuch da drauf und kleb vorher ne Wärmedecke da dran. Dann hast du nen 40€ Boiler, der dir auch Wärme jenseits der 60°C halten kann ohne gleich massiv Wärme zu verlieren. Glückwunsch ![]()
(Und bedenke: Da kannste immernoch abzapfen ;))
Ich zweifle übrigens nicht daran dass du mit n bissel Kupferrohr einen guten Wärmeübertrager hinbekommst. Das wird top funktionieren. Gibt auch Kupferschläuche im Baumarkt, die sind jetzt auch nicht endlos teuer und funktionieren top. Kannst natürlich noch einen Autokühler anschließen, aber ganz ehrlich: Wofür? Im Wasser wird das dank toller Übergangskoeffizienten auch so gut klappen und dein Kühlmittel geht mit ner geringen Grädigkeit wieder aus der Wanne. Vor dem Ventilator (den ich dir beim Luft-Wärmetauscher dringenst anrate, weil Luft kake ist) macht der Kfz-Wärmetauscher mehr Sinn, u.a. auch weil er von Haus aus für Luft als Umgebungsmedium statt Wasser ausgelegt ist ![]()
Generelle Systemkritik und Kühlmittel
Es gibt noch n ganz eigenes Problem wenn du deine Idee umsetzen willst, dazu hilft es sich den Kreislauf mal anzuschauen:
Du kühlst Luft mit deinem Kühlmittel. Okay, sagen wir mal es ist verdammt heiß und du kühlst Luft von 40°C runter. Erstes Problem ist, dass du Luft nicht stärker runter kühlen kannst als die Temperatur mit der du dein Kühlmittel rein schiebst, weil Wärme immer von Heiß auf Kalt geht (mit Gegenström-WÜ und netten Dingen kannste da noch n bissel tricksen, aber nich wahnsinnig viel). Dein Kühlmittel kommt aus der Wanne. Sprich: Du kannst den Raum ohne weiteres nicht auf eine Temperatur unterhalb der Wannentemperatur kühlen.
Das ist wo die Magie der Kältetechnik anfängt: Dinge unter Umgebung zu kühlen (Wer weiß wie ein Kühlschrank funktioniert kann das hier getrost überspringen)
Für alle anderen: Kühlschränke arbeiten mit Kompressionskälte. Kältemitteldampf (Niedriger Druck, ~0°C) aus dem Inneren des Kühlschranks wird komprimiert, ist danach logischerweise heiß (Hoher Druck, ~40-60°C), geht an den Übertrager an der Außenseite, verliert dort Temperatur an die Luft und Kondensiert weil es kalt wird (Hoher Druck, ~Umgebungstemperatur jetzt aber flüssig) und gibt dadurch nochmal mehr Wärme ab (-->|Kondensationskälte). Jetzt wird das Zeug wieder entspannt und dadurch nochmal kälter, wir erhalten kalte Kühlflüssigkeit (Niedriger Druck, ~0°C) der geht in den Kühlschrank und wird dort verdampft, wir sind wieder am Anfang.
Dazu brauchst du etwas, was früh siedet. Sehr früh. Selbst im Hochdruck-Teil (Typischerweise 5-10bar) kocht dein Kältemittel bei 40°C. Ich rate von Wasser ab, funktioniert in der Theorie aber auch, musst nur den Druck n bissel erhöhen bzw im Unterdruck-Teil n größeren Unterdruck machen, wird natürlich entsprechend ineffizient, deswegen macht das keiner. In der Praxis verwendet man Halogen-Kohlenwasserstoffe mit klangvollen Namen wie R134a (also das jetzt nicht mehr, ist verboten von der EU bzgl Klima und so), R600 (ist aktuell sehr weit verbreitet, schau mal hinten auf deinen Kühlschrank) oder wie der normale Mensch sie am ehesten kennt: CKW's (FCKW's sind ja verboten, aus guten Gründen). Neuerdings verwendet man auch wieder CO2 und NH3 (NH3 ist generell der Godfather der Kältemittel) weil die Gesetze die Auswahl immer weiter einschränken und nur noch wenige Stoffe übrig bleiben.
Ich möchte übrigens auch von der irrigen Vorstellung weg dass du einfach Kühlflüssigkeit fürs Auto kaufen und reinkippen kannst. Das Zeug ist nämlich kein Primärkühlmittel, das ist nämlich nicht nur giftig, sondern auch flüchtig wie sau (siehe oben, muss früh sieden) und deswegen unter Raumbedingungen nicht als Flüssigkeit verfügbar. Vielmehr bekommst du destilliertes und speziell behandeltes Wasser für den Sekundärkreislauf. Und Wasser ist, wie erwähnt, ungeeignet.
Wenn du auf Kompressionskälte willst, was billig und einfach ist, empfehle ich NH3. Da geht am wenigsten schief und du merkst es rechtzeitig. Würd ich aber gut belüften ![]()
Soviel zu allem dagewesenen, kommen wir mal zu ein paar Vorschlägen meinerseits:
Die Allan-Lösung ist nett, weil sie funktioniert, verfügbar und idiotensicher ist. Gerade mit den Fensterstutzen wird das brauchbar. Aber sind wir mal ehrlich: Wir wollen doch nichts ~kaufen~ wenn wir UNBEDINGT BASTELN UND ENERGIE UMVERTEILEN WOLLEN. Ich versteh das, es ist aber unrealistisch, ich möchts nur erwähnt haben ![]()
Kommen wir also zum fun part, Nerdgläser auf und Mollierdiagramme bereit halten! ![]()
Peltier-Element (Elektrisches Kühlen)
Ich halte es für massiv uncool, auch weil der Effekt pissklein ist und außerhalb von Kühlboxen nicht zu gebrauchen ist. Ist aber billig und funktioniert.
Die Idee ist folgende: Wenn du ne große Metallplatte hast und an einer Seite Hitze drauf bringst, dann werden sich die Elektronen dort mehr bewegen (physikalischer Effekt der Wärme), heißt die werden sich da auch eher rar machen. Gegenüber der kalten Seite der Platte sind auf der heißen also weniger Elektronen -->| Spannungsgefälle -->| Strom!
Das Ding kann man wenn man clever ist auch umdrehen, nennt sich dann Seeberg-Effekt. Ganz tolles Ding.
Im Endeffekt kannst du eine ca 6x12cm Platte damit auf Temperaturen unter 0°C kühlen, nur mit Hilfe einer Autosteckdose. Mach mal ne Kühlbox auf wenn du eine hast (Eine die mit Strom und ohne Kühlakkus geht) und schau in den Deckel. Da wirste das Ding und einen Ventilator finden. Ich denke wie man daraus ne Klimaanlage für den Raum baut ergibt sich. Problem an der Nummer ist dass du die Kälte nicht umsonst bekommst, sondern das Ding hat auch eine heiße seite, die mit 40-60°C daher kommt. Und wenn du die nicht gescheit kühlst, wird auch die andere Seite wärmer, da dir das Element nur eine Temperaturdifferenz zwischen den beiden Seiten liefert.
Cold-Gas Kühlung
Was soll der ganze Scheiß mit Kühlkreislauf? Warum mach ich das nicht einfach direkt mit der Luft?; Top Fragen, guter Gedanke, kann man nämlich alles auch direkt machen, ist auch alles ganz easy und großtechnisch beispielsweise in Flugzeugen zu finden (Die Luftfahrtbehörden sind doch tatsächlich der Meinung dass in Aluröhren, die mit mehreren Tonnen Kerosin an Bord durch die gegend juckeln, n paar Kilogramm entflammbares Kühlmittel total over the top wären und verbietet diese deswegen. Total bescheuert)
Die Idee ist dass du Luft ansaugst, die verdichtest, noch an der Umgebungsluft wieder abkühlst, dann entspannst, soviel Frischluft zumischst dass du die Zieltemperatur erreichst und dann in den Raum pustest. Total easy, funktioniert top, 10/10. In Flugzeugen nimmst du dafür hinter dem Verdichter der Turbinen n bissel Zapfluft weg, kühlst die ab, entspannst sie, gehst dann über einen Wärmetauscher, damit auch ja keine bösen Treibstoffdämpfe in die Kabine kommen, und jagst die saubere, nun abgekühlte Luft nach Ummischen in die Kabine. Die maue Effizienz kommt hier daher, dass du einen Luft-Luft Wärmetauscher hast, der ein mäßiger Albtraum ist.
Du kannst dir den aber klemmen, weil du hoffentlich keine kerosinbetriebene Turbine hast (hoffe ich, ansonsten müssten wir uns mal ERNSTHAFT unterhalten), sondern die gute Feinstaubluft deiner City ansaugst (evtl magst du die durch nen Filter jagen, aber mal im ernst: Wärst du draußen würd'ste das auch atmen. Klemm dir den lieber, der macht nur Probleme). Optionalerweise kannst du die angesaugte Luft auch befeuchten, dann erhöhst du die Power deines Systems.
Ich hätte dir gerne vorgerechnet wie viel Power dein System hat/braucht, aber ich habe hier gerade nur ein Berechnungsprogramm für Wasserdampf vor mir, das hilft gerade nicht sonderlich. Es gibt Diagramme für feuchte Luft, sobald ich ein gescheites finde reiche ich das nach. Tendenziell aber eine gute Lösung, kann man auch schön rechnen.
Hauptproblem wird sein, dass der Druckgradient und der Massestrom hoch sein müssen (--> Turbine, KEIN Kompressor), weil Luft unglaublich wenig Wärme speichert, sprich auch schlecht kühlt.
Kommen wir zu dem Thema was mich am meisten gepackt hat, auch weil es basteltechnisch sogar machbar ist (gibt da lustige Videos von Indern zum Teil :D):
Solares Kühlen ![]()
Idee: Klimaanlagen pumpen dir Wärme durch die Gegend auf Kosten von Energie. Normalerweise stellst du die per Strom bereit, aber es geht auch mit Wärme. Und die kannst du auch von der Sonne direkt beziehen. Wäre es nicht der ultimative Mittelfinger wenn man den #Sommer mit sich selber bekämpft? Ich finde ja!
Adsorption
Adorption beschreibt den Prozess des adsorbierens, sprich eine Flüssigkeit lagert sich an einem porösem Material an. Beispiele sind Wasser in einem Schwamm oder Wasser in Aktivkohle. Adsorption kann nicht direkt kühlen, ist sogar streng genommen ein exothermer Prozess, aber es verläuft freiwillig und bildet ein Gleichgewicht (wenn der Schwamm gesättigt ist)
Langsam und am Beispiel erklärt: Unser Arbeitspaar ist Wasser (in Form der Luftfeuchte) und Silica-Gel (bekommste im 10kg Eimer für unter 50€).
Deinen Raum kühlst du indem du feuchte Handtücher aufhängst. Das verdunstende Wasser entzieht dem Raum dabei die Wärme. Hinter einem Ventilator, der die feuchte Raumluft umwälzt, befindet sich das Silica-Gel in einer Anordnung, sodass es durch die Luft durchströmt werden kann (aka: Mach löcher in den Eimer und stell den Ventilator an die Öffnung oben). Das Silica-Gel adsorbiert das Wasser aus der Luft. Hinten raus kommt trockene Luft, in welche wieder Wasser verdunsten kann, sodass die Raumluft nie gesättigt ist.
Irgendwann ist das Silica-Gel gesättigt. Um es zu regenerieren musst du das Wasser raus kochen (nicht wirklich kochen im Sinne von 100°C, eher rausverdunsten). Dazu stellst du den Eimer einfach in einen Solarkocher, den du dir mit Pappe und Alufolie easy selber machen kannst (Kannst hier gerne auch Rettungsfolie nehmen, die reflektiert sogar an die 98%).
Das lässt du n paar Stunden stehen, zack fertig. Kannste wieder benutzen. Mit zwei, drei Eimern hast du immer Kältemittel parat. Supi, oder?
Billig, einfach, kein Schnickschnack, einfach in bestehende Systeme (Ventilator) ohne laufende Kosten zu integrieren
Ich werd das im Sommer definitiv so machen. Evtl auch was mit Salzlake, mal gucken
Absorption
Absorption beschreibt den Prozess des absorbierens, sprich das vollständige Lösen ineinander. Beispiel: Alkohol in Wasser, Salz in Wasser.
Ich erklär auch hier das System an einem Beispiel:
Unser Arbeitspaar ist Ammoniak und Wasser. Wasser ist das Absorptionsmittel, Ammoniak wird absorbiert. Klar soweit?
Wir starten hinter dem Wärmeübertrager der Innenseite, jedoch wurde das gemisch schon an die Gerätestation auf der Außenseite gepumpt: Wir bekommen Ammoniak-Gas (Niedriger Druck, mäßig kalt) was über Wasser (Niedriger Druck, Temperatur egal, flüssig) ist. Es wird Absorbiert und gibt dabei etwas wärme an die Umgebung ab. Raus kommt Wasser-Ammoniak Mische, die wir in den Hochdruck-Bereich pumpen. Das Zeug kommt jetzt im zweiten Tank an, dort wird es Erwärmt und der Ammoniak wieder ausgekocht (Die Wärme kommt über einen Wärmeübertrager von Solarthermie und sollte 70°C+ betragen). Das entstehende Wasser wird über eine Drossel wieder auf den Niedrigen Druck gebracht, kühlt dadurch ein wenig ab und steht im Tank 1 wieder zur Verfügung. Interessanter ist der Weg des gasförmigen Ammoniaks (~60-80°C, Hoher Druck), dieses bringen wir über einen Wärmetauscher mit der Umgebungsluft auf deren Temperaturniveau. Dabei kondensiert der Ammoniak und gibt seine Wärme ab. Wir erhalten flüssigen Ammoniak der unter hohem Druck steht und etwa Umgebungstemperatur hat. Diesen pumpen wir jetzt in das innere, senken den Druck durch eine Drossel auf den Niedrigen Druck und leiten ihn weiter in den Wärmeübertrager auf der Innenseite. Der dort ankommende Ammoniak ist sehr kalt (unter 0°C), flüssig und durch den niedrigen Druck bereit zum verdampfen. Die dafür nötige Energie bekommt wer von der Umgebungsluft durch den Wärmetauscher. Wir kühlen die Raumluft und der Ammoniak ist wieder bereit für den Anfang.
Nicht ganz easy, aber das System läuft, getrieben von solarer Wärme und einer kleinen Pumpe. Natürlich ist das Wasser was zurück in Tank 1 fließt nicht ganz von Ammoniak befreit. Man spricht dort von der schwachen Lösung, während die Mischung die in den Kochtank befördert wird die starke Lösung genannt wird. Das ist auch relevant, weil Ammoniak nicht der beste Kreislauf für Raumkühlung ist. Kauf dir Lithium-Bromid, das ist ein stark hygroskopisches Salz. In der LiBr-Wasser Paarung wird Wasser von der schwachen LiBr-Lösung absorbiert und die starke LiBr-Lösung ausgekocht, sodass Wasserdampf zur Verfügung steht. Problem an der Sache ist, dass die gesamte Anlage unter Vakuum stehen muss damit 70°C als auskoch-Temperatur auch reichen...
Läuft als Kreislauf, funktioniert, wird mit Glück meine Bachelorarbeit, aber es wird ein Krampf das Ding ans laufen zu bekommen, auch weil wir noch nicht über den Gewinn der solarthermischen Hitze gekommen sind. Ist aber tdm cool ![]()
Ich empfehle ja Adsorption oder Cold-Gas. Mit den beiden kannst du sicherlich etwas basteln. Evtl geht auch etwas mit Stirling.
Falls du wirklich auf dem Aspekt der Nutzwärme bestehst kann man da auch was machen. Ich hätte da einen nicht ganz seriösen Vorschlag:
Ethanol-Dihydrogenmonoxid-Anlage
Hast du einen Garten? Machst du Obstbrand? Ich hätte da nämlich eine Idee ![]()
Grundlage ist der Kreislauf der Kompressionskälte mit Ammoniak befüllt: Wärmeübertrager im Raum alles normal, dann schlauch raus aus dem Raum, Kompressor, blabla, den zweiten WÜ in deine Maische, und mit der Wärme kochst du da den Alkohol raus, Rest wieder normal. Tolle Idee, oder? Kannst alternativ auch einen Slow-Cooker damit betreiben.
Funktioniert aber nicht so geil hier, geb ich zu, würde als Maische-Kühlung in einem PC besser funktionieren, weil die Temperaturen da 10-20°C höher sind.
Ich hätte da aber noch eine entscheidende Abschlussfrage: Warum zur Hölle willst du nach nem heißen Sommertag warm baden?!? ![]()
PS: Einen hab ich noch. Man könnte einen Energiespeicher basteln, der sich Tagsüber mit Wärme auflädt und sie Nachts in die kühlere Nacht entlässt. Quasi wie ein gigantischer Pizzastein. Mir schwebt da aktuell was mit variablem Druck, Salz und höheren Temperaturniveaus vor. Ich überleg mir mal was.







