Szerző: M.István
Köszönjük M.Istvánnak a cikket, akinek projektjét Peltier-elemekkel támogattuk egy párátlanító építéséhez.
Peltier-elemes páramentesítő
|
||
 |
||
 |
||
 |
Sok helyen jelent problémát a falak párásodása, mely penészedéshez vezet. Ezt a falak nem megfelelő szigetelése, hőhidak okozzák, főként a padlózat, ablakok körül, ahol a fal hőmérséklete a harmatpont alá kerül.
Esetünkben a hőhidaknál 13C hőmérséklet mérhető, a kinti 1C-os hőmérséklet mellett.
Eddigi próbálkozások:
Az ablakokra légáteresztők kerültek, melyek folyamatos légcserét tesznek lehetővé, télen jelentősen hűtve a helységeket. De a napi 3-4 szellőztetés ellenére is párásodik az ablak, a szoba sarkainál megtelepszik a penész.
Páratartalom a lakásban 58-66%, az ideális 40-60% között lenne.
Párásodás forrása:
– légzés 50g/h
– 5kg száradó ruha 200g/h
– forró zuhany 2000g/h
azaz 2ember 8óra alatt alvása során 800g párát termel ami 8dl víz 😮
Az adott körülmények között egy szellőztetés 3-6%-kal csökkenti a páratartalmat:
Kinti levegő: 1C 80%, mely 4 g/m3 vízgőznek felel meg
Benti levegő: 20C 64%, ez 11,4 g/m3
eredményez (fűtés után) 20C 60% 10,4 g/m3-t, azaz a szellőztetés 1g/m3 vizet távolít el a helységből.
Az ábráról leolvasható például, hogy a 20C 54%-os páratartalomú levegő 10C-ra hűlve már 100%-os, azaz ebben az esetben 10C a harmatpont, ami alatt már kicsapódik a levegő nedvességtartalma.
21C 60% = 11,1g/m3 vízgőz = 19C 70%, 16C 80%, 15C 90%, 13C 100% azaz a 13Cos felület: ablak, fal már biztosan párásodik
Látható hogy esős időben 90% 15C felett már a szellőztetés sem nyújt megoldást.
És nyáron is, a 30C 60% 17,8g/m3 levegő 21C-on már 100%-os páratartalmú.
A megfelelő a 21C 50% lenne, ami 8,8g/m3 vízgőzt jelent => 17C 60%, 15C 70%, 13C 80%, 11C 90%, 9C 100%
Cél az 50%-os páratartalom elérése, ami (60%) 11,4g/m3-8,8g/m3=2,6g/m3 vizgőz kivonását jelenti.
33m3 szoba / 100m3 lakás, azaz 86ml, ill. 260ml víz kinyerése néhány óra alatt
A hatékony kompresszoros páramentesítők ~400W és mobil klímák ~2KW minden bizonnyal percek alatt megbírkóznak ezzel a feladattal, hiszen az előbbiek már napi 20litert is képesek kitermelni (gyári adat). Hátrányuk a 40eFt+os vételár.
Nekem ennyire nem sürgős :), kvázi folyamatos üzemben is működhetne egy kisebb készülék kisebb teljesítménnyel.
Szempontok: a kis méret és lehetőleg hangtalan üzem, hiszen éjjel nem szellőztet az ember, ezért ekkor érvényesülhet leginkább a készülék.
Így maradtak a listán a kevésbé hatékony peltier-elemmel működő páramentesítők:
A kínálat (gyári adatok):
60W-os 300ml/nap 30C 80%-os páratartalomnál
75W 400ml/nap 30C 80%..
nos, gyári adatok.. számoljunk utánna:
30C 80% = 23,8g/m3 vízgőz = 26C 100% aha! így nem nehéz, bőséges a levgő páratartalma és csak 4C-ot kell lehűteni a harmatpont eléréséhez.
Esetünkben fele ennyi pára sincs a levegőben, azaz fele ennyit sem várhatunk el tőlük, de még ezek alapján is van esély, hogy egy 90-100Wattos peltier-elem egy nap alatt letermelje a 2dl vizet. Nos ekkora teljesítményű készüléket boltban nem találtam, így jött az építés ötlete 🙂 Meg is rendeltem két 90W-os peltier-elemet, ha nem válna be akkor mobil hűtőláda építésre módosul a projekt :S
Fogyasztás 50W-ra napi 12órával: 50W * 12h * 30d * 54huf/kWh = 972huf/hó egész jó – a tabletta is ennyibe van a Ceresit-féle megoldáshoz, ami ugyan kivesz havi 1liter vizet, de ez itt sajnos semmit sem ér.
| A peltier-elemről:A Peltier-elemes hűtés (thermoelectric cooling) viszonylag ritkán használják, de a szerv- és vérszállítás, autós hűtők stb. terén nagyon elterjedt a használata. A szerkezet lényege, hogy az egyik oldala felmelegszik, a másik pedig lehűl (hőszivattyú). A meleg oldalról mindenképpen lég vagy vízhűtéssel kell elvezetni az ott keletkezett hőt. A léghűtés használata ebben az esetben elég drága és nem elég hatékony. A Peltier-elemek speciális félvezető anyagból készülnek, leggyakrabban bizmut- tellridból (Bi2Te3), ezt gyakran ötvözik még szelénnel és antimonnal. Ezekből bonyolult eljárással meghatározott orientációjú, polikristályos, anizotóp termoelektrikus tulajdonságú p és n típusú cellák készülnek. A cellákat előre kialakított, vezető-fémezéssel ellátott (alumínium-oxid) kerámialapok közé forrasztják, amelyek kellő szilárdságot adnak az elemnek, jó hőszigetelők, mégis megfelelő a hővezetésük. Ha egyenáramot vezetünk keresztül a Peltier-elemen, akkor az elektronok az alcsony energiaszintű vezetési sávú, p típusú cellából csak akkor tudnak átlépni a magas energiaszntű vezetési sávval ellátott n típusú cellába, ha közben energiát vonnak el a környezetüktől, tehát hűtik a csatlakozási pontot. Ha elektromosan sorba, termikusan párhuzamos módon helyezünk el több ilyen cellapárt a kerámialapok közé, akkor az áramirány szerinti következő csatlakozásnál pont fordítva játszódik le a folyamat, tehát az elemek fűteni fogják a másik oldalt. A Peltier-elemek teljesítményének mérése: 1. Qmax: ez jelöli azt a hőmérsékletet, amit az elem maximálisan át tud pumpálni 2. d’Tmax: ez a két oldal között elérhető maximális hőmérsékletkülönbséget jelzi 3. COP (coefficient of performance): teljesítmény együttható, ez mutatja meg a Peltier-elem hatásfokát, és a hideg oldalról elszállított hő mennyisége és a bevitt villamos teljesítmény hányadosaként lehet kiszámolni Peltier-elemekel a hideg oldalt tartósan a környezeti hőmérséklet alá csökkenthetjük, ami vízhűtéssel és léghűtéssel sem lenne lehetséges. A Peltier-elemek fogyasztása elég magas (gyakran a 100 Wattot is meghaladja), és önálló tápegységet is igényelnek. |
Az adatlapok tanulmányozása után arra jutottam, hogy lehet hatékony: min(dT / max dT , I / max I) mellett, azaz 20C hideg-meleg oldali különbségig (max dT=75C) és kis áram 3A (5-7V) (max=9A, 17,5V) mellett cop=1 azaz 10W befektetéssel 10W hőt von el a 10C-os hideg oldalról, ha a meleg felét 30C-on tudom tartani, ahol 20W hőt termel. Nos ez bíztatónak tűnik, a meleg oldalra elég lesz egy CPUhűtőborda, sajnos kelleni fog rá a ventillátor, mert a 10Wos ledem egy ilyen nagyobb fajta bordát fél óra alatt ugyan, de 25C-kal melegít fel, ventillátorát lassú fordulaton hajtva 2C-ot sem tud melegíteni rajt.
A hideg oldalra ritkább bordázatú alu hűtőborda vagy rozsdamentes lemez kerülhet. A hűtési teljesítményt, ha nem sikerül a bordák méretének megválasztásával behangolni, akkor vezérlőelektronika is kellhet a szabályzáshoz, hideg-melegoldali-, környezeti hőmérséklet figyeléssel. A táplálás sem lesz egyszerű 5-7V 3-4A. Tesztnek számítógéptáp megfelel -jóesetben direktben, ha megfelelő az 5V.
Megjöttek az elemek 🙂
TEC1-12709: max 9Amper,
5A-en 40C hőkülönbségre képes, a meleg oldalt a cpu hűtő 31C-on tudja tartani, így -8-13C-ot is mértem a hideg oldalon.
A hideg oldalt is bordával ellátva 2,3A-el is már 25C/1C az eredmény. Azaz, ha hajtani kellene a hűtés részéről nem lenne gond, de úgyvélem felesleges fagyasztani vele, reményeim szerint fagyasztás-olvastás nélkül is hozza a várt értéket, kisebb teljesítmény mellett.
A hideg oldali légkeringetést elvetettem az esetlegesen fellépő párolgás miatt, a hűtőbordát viszont még tesztelni kell: a méret növelése mellett a felület tüskésítése hozhat jobb eredményt. És egy hangtalan tápot is be kell szerezni..
Tápegység beszerezve:
kapcsolóüzemű notebook táp (15V 4,5A – 22V 4A) állítható feszültséggel, az eddigi 5V 2,3A 11,5W helyett 7,5V 4A azaz 2x30Watton mennek az elemek sorba kötve.
A jelentős teljesítménynövekedés a hideg oldali bordák fagyásával jár, így azokat nagyobbra kell cserélni, vagy itt is a légáramot kell biztosítani.
A nagyobb bordákkal és a nagyméretű ventillátorral üzemképessé vált megoldás még dobozolásra vár. Fogyasztás 68W, a vízhozam: 🙂 légáram- és páratartalomfüggő, tesztelés alatt…
