Dieses Thema kommt wirklich mit schöner Regelmäßigkeit seit zehn Jahren mindestens ein zwei mal im Jahr in den Wakü-Foren dieser Republik auf. Wurde auch schon x-mal versucht und immer mit kläglichem oder gar keinem Ergebnis - und ich muss es wissen, denn ich hab mich vor Jahren selbst mal an einem Peltierbooster versucht. Hat damals sogar luftgekühlt gerade so messbare Effekte erzielt - allerdings mit einer CPU die nicht viel Wärme produziert hat und eben als Booster ausgelegt - nicht als reine Peltier-Kühlung.
So einen Quatsch würd ich heute natürlich mehr machen - schon wegen der unsäglichen Stromverschwendung und des geringen Effekts wegen.
Das Grundproblem, das hier bislang nur ganz peripher angeklungen ist, ist die Kennlinie ines Peltier-Elements. Diese lässt sich analog zu einer Pumpenkennlinie betrachten und im Grunde genommen ist ein Peltier ja auch nichts anderes als eine Wärmepumpe.
Wie bei einer Wasserpumpe die maximale Druckdifferenz, kann bei einem Peltier-Element die maximale Temperaturdifferenz nur erreicht werden, wenn der Wärmefluss (analog zum Durchfluss bei der Wasserpumpe) gleich Null ist. Die angegebenen minimalen coldplate Temperaturen können also nur erreicht werden, wenn vom Element keine Wärme zur hotplate transportiert wird -> die mit dem Wärmestrom übertragenen thermische Leistung beträgt dann also 0W. Das ist schon mal die erste Einschränkung, die man erkennt wenn man die Datenblätter aufmerksam liest (man kann´s natürlich auch sehr schön im Versuch zeigen).
Anders herum ist die Temperaturdifferenz analog zur Druckdifferenz bei der Wasserpumpe, gleich Null, wenn der maximale Wärmestrom bzw. Volumenstrom transportiert wird. In diesem Fall lägen also cold- und hotplate auf gleicher Temperatur. Nur dann kann die maximal angegebene thermische Leistung durch das Element fließen. In diesem Fall käme es also auf die Temperatur an, die die Hotplate-Kühlung bereitstellen kann. Diese kann beim Einsatz einer passiven Kühlung (also Lukü oder Wakü - wobei hier mit passiv natürlich thermodynamisch passiv und nicht ohne Lüfter gemeint ist) grundsätzlich nicht geringer als Raumtemperatur sein. Man gewinnt also nichts gegenüber einer Wakü ohne TEC mit viel Radi-Fläche.
In der Realität liegt man, wie bei einer Wasserpumpe, irgendwo dazwischen auf dem Arbeitspunkt, an dem die Kennlinie geschnitten wird.
Man kann also weder die maximale Temperaturdifferenz erreichen noch die maximale Wärmeleistung von A nach B schaffen. Stattdessen muss man sich mit einer deutlich geringen Temperaturdifferenz und einem geringeren Leistungsfluss pro Peltier-Element zufrieden geben. Daraus resultiert, dass man nicht einfach thermische Nennleistungen aufsummieren und von coldplate-Temperaturen von +70°C träumen sollte. Man braucht wesentlich mehr thermische Nennleistung um die reale thermische Leistung der Wärmequelle abführen zu können und erreicht damit natürlich auch nicht mal annähend die minimalen coldplate-Temperaturen aus dem Datenblatt. Es werden also mehr oder leistungsstärkere TECs benötigt, was wiederum zu mehr Verlustleitung und damit zu einen größeren Kühlaufwand an den hotplates führt.... -> ein Teufelskreis.
Hinzu kommt natürlich noch der katastrophal schlechte Wirkungsgrad von Peltier-Elementen, der dazu führt, dass im Arbeitspunkt an der hotplate ungefähr die doppelte Wärmeleistung abgeführt werden muss, als an der coldplate Wärmeleistung vom Kreislauf oder der CPU (je nach Aufbau) abgezogen wird. Man heizt also mal locker die gleiche Leistung, die die CPU eh schon verbraucht, in Form von direkt in Wärme umgewandeltem elektrischen Strom zum Fenster raus.
Direkt-Kühlung (also das TEC direkt auf dem IHS der CPU) ist deshalb btw völlig sinnlos, da man sehr starke Elemente bräuchte und somit horrende Verlustleistungen an der Coldplate bei hohen Leistungsdichten abzuführen hätte (von TEC-Kaskaden mal abgesehen). Schafft man es nicht die hotplate deutlich besser als die CPU mit einer normalen Kühlung zu kühlen sind auch noch die erzielbaren Temperaturen schlechter. Hinzu kommt, dass selbst bei einem kurzen Stromausfall von jetzt auf gleich statt einem Kühler ein thermischer Isolator auf der CPU sitzt - die Konsequenzen sind leicht nachzuvollziehen
(das gilt erst recht für TEC-Kaskaden).
Ein Booster in Form einer Peltier-Zusatzkühlung des Wakü-Kreislaufs ist daher die einzige Möglichkeit Peltier-Elemente in einer Wakü wenigstens ein klein nutzbringend einzusetzen. Allzu viel sollte man sich freilich auch davon nicht versprechen, sofern man den Aufwand nicht in Preisregionen treibt die mit Chillern und noch teureren Methoden zu vergleichen sind - und selbst dann bleibt man mir einer Peltier-Kühlung, schon des Wirkungsrades wegen, natürlich äußerst beschränkt. Wichtig ist dabei in jedem Fall das die Elemente nicht zu leistungsstark sind und dass die hotplate-Kühlung so dimensioniert ist dass wenigstens eine kleine nutzbare Temperaturdifferenz übrig bleibt. Das ist btw auch die einzige Bauweise die bei kommerziellen Peltier-Kühlungen im Wakü-Bereich jemals nachweislich einen kühltechnischen Nutzen gebracht hat - wenn auch keinen Großen. Sowas bietet heute kein Hersteller mehr an, aber vor paar Jahren gab´s mal welche von CoolIt Systems - ein klassisches Flop-Produkt.
Die einzigen Peltier-Kühlungen die einen nachweisbar kleinen positiven Effekt auf die Temperatur eines Wakü-Kreislaufs haben können, sind daher als Booster aus mehreren kleinen TECs mit sehr effektiver Hotplate-Kühlung aufgebaut. Insofern war der erste Ansatz schon mal nicht ganz falsch gewesen. Unter einem Booster versteht man einen Peltier-Unterstützung des Kreislaufs, mit dem es natürlich nur sinnvoll ist den Kreislauf auf Raumtemperatur abzukühlen. Alles was unter RT geht, würde am Radiator wieder aufgenommen. Man erreicht also ungefähr das was man ohne nennenswerten Mehrverbrauch an Strom auch mit größerer Radiatorfläche erreichen würde. Schon von daher ist das also äußerst fragwürdig und nicht mit deinen Erwartungshaltungen vereinbar. TEC-Booster haben eben aber prinzipiell nur bei RT als Medientemperatur Sinn.
Eine reine Peltier-Kühlung wie sie im zweiten Ansatz propagiert wurde ist hingen kompletter Unsinn. Hier kommt all das zum Tragen was bereits durch die Vorposter mehrfach angeklungen ist - ich will das nicht alles widerholen.
Vom Stromverbrauch, der sich aus dem schlechten Wirkungsgrad ergibt, müssen wir bei Peltier-Kühlungen wie gesagt nicht anfangen. Man sollte sich dabei immer mal vor Augen halten, dass ein einzelnen kleines Peltier-Element mit 40W elektrischer Leistung (also vllt. knapp 20W thermischer Leistung im Arbeitspunkt) bereits so viel verbraucht wird, wie eine kompletter einigermaßen sparsamer Büro-Rechner im Idle zieht und dabei ist mit so etwas, auch mit guter hotplate-Kühlung, kein Blumentopf zu gewinnen.
Festzuhalten ist als Fazit also: Alle Ambitionen mit Peltier-Elementen unter RT zu kommen, sind mit lauter und/oder teurer Kühltechnik auf der hotplate-Seite verbunden. Ein Chiller ist hier nicht nur vom Wirkungsgrad wesentlich besser, sondern auch wenn´s um wirklich gute Kühlleistungen geht und auch preislich (laut ist er prinzipbedingt allerdings auch).
Wenn schon Pseudo-Extremkühlung auf Wakü-Basis dann also mit einem Chiller. Peltier-Elemente sind zwar ein hübsches Spielzeug, aber für solche Zwecke einfach in vielerlei Hinsicht äußerst ungeeignet.
Und zum Thema Kühlschrank mit Peltier-Elementen: Ist dein Kühlschrank ne Camping-Kühlbox? Jeder normale Kühlschrank hat natürlich einen Kompressor - rate mal warum
