Avaruusjäähdytin (Space Cooler 2)

[mrkat]

Talvella tein avaruusjäähdyttimen, Space Cooler 2:n:



Ja päästä katsoen varhaisemmassa kokeessa (päätypeilejä puuttuu sisältä):

(koko: 1,3 m x 0,51 m x 0,57 m ilman sivupeilejä, sivupeilien koko 0,5m x 1,2 m).

Laitteen pohja säteilee lämpöä eli infrapunasäteilyä avaruuteen ja jäähtyy ilman ulkoista energiaa "itsekseen" paljon kylmemmäksi kuin ulkoilma. Kantena on ohut PE (polyeteeni) muovikalvo joka läpäisee infrapunasäteilyä. Seinämät ovat 50 mm polystyreeni eli styrox-levyjä, jotka päällystetty kirjoituspaperilla ja paikoin lisäksi alumiinifoliolla. Pitkiä sivuseinämiä jäähdyttää ulkoapäin nuo sivupeilit joten tämä on tavallaan 2-vaiheinen jäähdytin. Sitä on pyritty optimoimaan niin että valkeat seinämät ja pohja näkee ympärillään vain zeniitissa olevan taivaanosan, jossa ilmakehä on ohuimmillaan.

Sunnuntaina 17.3.2013 klo 16.52 auringon paistaessa se jäähdytti itsensä varjossa -27,10 °C:hen
kun ulkona oli -6,7 °C eli sen pohja jäähtyi ennätysmäiset 20,4 astetta ulkolämpötilasta.

Teho on luokkaa 100..180W per neliömetri, jos tavoitteena on vain muutama asteen lämpöero.
Teho paranee kesälämpötiloilla jos kuiva ilma. Lämpötilaero voi nousta 22  °C:hen, eli +20 °C kesäpäivänä juomat siinä voi räsähtää jäähän. Laitetta pitäisikin kutsua ennemmin avaruuspakastimeksi.

Tavoite ? Miksi ?
- Koska se on siellä..
- Hauska koe sekä kokeilu- ja tutkimuslaite
- Kasvihuoneilmiö on totta (ei jäähdy hirmuisiin -100. -180 C pakkasiin)
- Reikä kylkeen niin voi saada ekologisen kamerajäähdyttimen kohinan vähentämiseksi
- Pikku astronomi voi mennä siihen itse jäähtymään jos harrastus kuumentaa tunteita liikaa 
- Pilvisyys ym säteilytutkimuksiin. Huomasin että ohut cirrus vaikuttaa kovin vähän, joka on  bad news for effective selkeän taivaan luotettaviin simppeleihin hälyttimiin (tyyppiä NTC-vastus).


Lisäkokeissa huomasin että jos pohjan..

.. päällystää valkean paperin sijasta mustalla kartongilla niin
jää useita asteita lämpimämmäksi verrattuna valkeaan paperiin josta laskin,
että iltapäivällä zeniitin sinisellä taivaanvalolla on tehoa 15 W/m2. Järkkärin
valotusmittarin avulla siitä laskin, että keväisellä keskipäivällä zeniitin sinisellä taivaanvalolla
tehoa olisi 20 W/m2. (Näitä arvoja ei löydä netistä ihan heti eli pitää itte mitata.. ;)

[mrkat]

Lisämotiiveja takana:
-itse en tahdo kestää kesähelteitä, jäähdyttimet kiinnostaa..
-huomasin että kehitysmaissa, australian autiomaissa jne jossa ei sähköä ja maanpinnan sisälläkin kuuma, on pula kunnon toimivista pakastimista ja jääkaapeista.
-en ehtinyt kokeilla kun meni talvi jo ohi mutta -30..-40 C pakkasissa tuolla saisi hirmuisia -50..-60 C pakkasia.

[pnuu]

Hauska viritys. Peltier-elementtiä käyttävä pilvisyyssensori (esim. tämä) perustuu samaan ideaan. Siinä ulossäteily jäähdyttää elementin ylös osoittavaa puolta ja maanpinnan emissio taasen lämmittää alapintaa. Lämpötilaero muodostaa peltier-elementtiin jännitteen, jonka voi lukea haluamallaan mikrokontrollerilla. Tämmöinen on pitänyt rakennella jo pitkään, mutta on jäänyt muiden viritysten jalkoihin.

[MarkoM]

Mahtaisiko jäähtyminen vielä tehostua, mikäli alumiinifolion korvaisi peileillä tai jollain vastaavalla yhtä kiiltävällä materiaalilla? Sitä kannattaisi testata, alumiinifolio on kuitenkin periaatteessa melko diffuusia materiaalia heijastamisen suhteen.

[naavis]

Mahtaisiko jäähtyminen vielä tehostua, mikäli alumiinifolion korvaisi peileillä tai jollain vastaavalla yhtä kiiltävällä materiaalilla? Sitä kannattaisi testata, alumiinifolio on kuitenkin periaatteessa melko diffuusia materiaalia heijastamisen suhteen.

Onko näin myös infrapunasäteilyn suhteen? Se lienee kriittisintä toimimisen suhteen.

[MarkoM]

Onko näin myös infrapunasäteilyn suhteen? Se lienee kriittisintä toimimisen suhteen.

Pitäisi luultavasti olla sellaista peiliä, jossa peilaava kalvo on pinnalla (kuten kaukoputkienkin peileissä) eikä lasin takana... Silloin sen pitäisi toimia varmimmin myös infrapunalla (maksaa toki enemmän kuin normipeili)...

[Lauri Kangas]

Tokkopa tuolla heijastimen pinnalla on yhtään mitään väliä? Pinnaltaan tasalaatuista peiliä tarvitaan kuvan muodostamiseen. Samoin kaukoputkien peileissä pinnoite on etupinnalla jotta vältetään ylimääräisitä pinnoista syntyneiden heijastusten kuvanlaatua heikentävät ominaisuudet.

Tuossahan aaltorintaman muodosta ei olla kovin kiinnostuneita, kunhan se vain saadaan suunnattua pois itse kapineesta. Tai tarkemmin, jotta se saadaan suunnattua johonkin suuntaan jossa mikään ei absorboi sitä ja säteile heti takaisin.

On kyllä hieno värkki, pitäisiköhän tuollainen kaljakaappi rakentaa ensi Cygnukselle?

Teho paranee kesälämpötiloilla jos kuiva ilma. Lämpötilaero voi nousta 22  °C:hen, eli +20 °C kesäpäivänä juomat siinä voi räsähtää jäähän. Laitetta pitäisikin kutsua ennemmin avaruuspakastimeksi.

Tätä en kyllä usko ennen kuin näen. Tai siis uskon, mutta haluan silti nähdä. 

[Kaizu]

On kyllä hieno värkki, pitäisiköhän tuollainen kaljakaappi rakentaa ensi Cygnukselle?

Tätä en kyllä usko ennen kuin näen. Tai siis uskon, mutta haluan silti nähdä. 

Cygnuksella pitää sitten olla saatavana foliopipoja. Muutoin oluet lämpenevät kun sadat
kuumapäät tulevat niitä ihmettelemään. Ehkä webbikamera voisi suorittaa tarkkailun häiritsemättä prosessia merkittävästi.
Taitaa joutua yksi styroksinen kylmälaukku uhrautumaan tieteen alttarille.

Kaizu

[Jyri Lehtinen]

Jos ei mitään muuta rakentelupajassa askarrella, niin ainakin tämä.

[mrkat]

Tokkopa tuolla heijastimen pinnalla on yhtään mitään väliä? ..
Tuossahan aaltorintaman muodosta ei olla kovin kiinnostuneita, kunhan se vain saadaan suunnattua pois itse kapineesta. Tai tarkemmin, jotta se saadaan suunnattua johonkin suuntaan jossa mikään ei absorboi sitä ja säteile heti takaisin.

Riittää, että se suuntaa pääosin zeniittiin päin. Ja heijastaa hyvin 90-95%:sti. Paras olisi jossain määrin parabolinen muoto mutta tasainen kelvannee hyvin.
MUTTA, koska pyrin ennätyksiin ja vuotolämpövirrat on tärkeitä ja alumiini johtaa hyvin lämpöä (jäähdytyssiivekkeinä käytetään prosessorien ympärilläkin), niin sen pitäisi olla hyvin ohut, ja se on minulla 0,01mm kotitalousfoliota. Mutta Astrosolar-kalvon tyyppinen olisi ehkä parempaa, johtaa vielä vähemmän lämpöä. Myös Fourre-keksipaketin aluhohtoinen kuoripaperi on toiselta puolen todella hyvä IR-heijastin eikä johda hyvin lämpöä pois. Se tuntuu kädellekin lämpöiseltä centin päässä. Sitä käytinkin varhaisemmassa versiossa. (Tähän nykyiseen vain olis pitänyt syödä sen 25 keksipakettia.. uuhh.)
Huomaatte että alumiinifolio on tuossa segmentoitu, välissä 2-3 mm rako just tuon lämmönjohtumisen välttämisen takia, mutta myös sen takia että helpompi liimata.

Laitteella jäähtyy  0,5-1 tunnissa 10..15 astetta, mutta 20 asteen eron saavuttaminen kesti tunteja. Päätyvinopeilien vaikutuslisä oli 2-3 astetta ja sivupeilien 3 astetta. Sivupeilit on tuossa irrotettavat modulit joten on kuljetettavissa helpommin esim. autolla kuin näyttää.

Faktaa:
-7-14 um Infrapunalle mustaa (hyvin imeytyy ja  säteilee itse) ovat lumi, kirjoituskonepaperi ja lasi.
En turhaan päällystänyt laitetta juuri kirjoituskonepaperilla. Valolle hyvä heijastin, infrapunalle hyvä suorastaan huippusäteilijä.

Jos tekee hyötyjääkaapin niin ehkä pohjalla pitäisi olla ohut alumiini/kuparipeltikansi, joka päältä maalattu valkoiseksi tai paperoitu ja sen alla vasta on sitten jäähdytettävät kohteet.
Huomasin että jos tuo digianturilätkä (paperitaskussa) on vinossa niin sen teho huononee heti. Ainakin ennätystä varten pinnan pitää olla melko tarkkaan zeniittiin suunnattu eikä saa olla puita näkyvillä.

[Kaizu]

Se että joku valkoinen kirjoituspaperi on infrapunavalossa "musta" ei tarkoita sitä että kaikki näkyvässä valossa valkoiset materiaalit olisivat IR:ssa "mustia".
Autossani on ensiapupakkauksessa mylarin näköisestä aineesta tehty "avaruuspeitto", se saattaisi olla käypäistä materiaalia avaruusjääkaapin pinnaksi.
Muistelen nähneeni niitä myytävän joko Biltemassa tai Motonetissa.

Kaizu

[jaffons]

Erittäin mielenkiintoinen projekti!

Mistä saisi dataa juurikin infrapunaan liittyen, eli materiaalien emissio, absobio, aallonpituudet jne..?

[naavis]

Tulikin vastaan tähän projektiin liittyvä linkki toisaalla. http://news.stanford.edu/news/2013/april/fan-solar-cooling-041513.html

[mrkat]

"Avaruuslakana" tai "pelastuslakana, hopea" löytyi vaikkapa tämmönen 4 eurolla
http://www.retkiaitta.fi/product/10301/vaude-pelastuslakana
mutta just loppunut. 85% heijastuskyky ei vaikuta kamalan tehokkaalta.
Tässä kanssa löytyy ja koko on 130cm x 220cm, 4euroa:
http://www.turvaplast.com/kauppa/tuotteet/product_catalog.php?c=16

(Jostain biomed.fi Tampereelta näin kanssa mutta se on ehkä sairaalatarvikkeita yrityksille. Ei hintoja  ollut esitteessä.)
Kaizulta tuli siis erinomainen vinkki. Tattis !

Jaffons ei kysy ihan helppoja, emissiokerroin riippuu aallonpituudesta mutta jotain taulukoita ja mielenkiintoista keskustelua (nimim. "kfa" on asiantuntija, osa nimimerkeistä on ihan kaameita):
Tiede-foorumi: Päteekö termodynamiikan 2. pääsääntö säteilyilmiöissä? s.5-
(kelaa sen 100-159 sivua ! tai no ehkä itse koetan etsiä avuksi myöhemmin..)

Naavis tiedeuutinen lyö monet laudalta. Nanoteknologinen 1,8 tuhannesosamillin kvartsi-piikarbidi-pinnoita vohvelimaisen matriisin pohjalla säteilee avaruuteen 8-14 um:n alueella mutta muulla aaltoaluella se on ilmeisesti peilikirkas ja  heijastaa valon ja lämmön pois.

[mrkat]

Mistä saisi dataa juurikin infrapunaan liittyen, eli materiaalien emissio, absobio, aallonpituudet jne..?

Ensihätään..
Googlaa "heat transfer textbook Lienhard" ja versio 131 pdf-muodossa.
josta Table 10.1 Total emittances fora variety of surfaces (s.528 minulla).
Siellä  totaali emissiokertoimia esim.
-Aluminum, commercial sheet 0.09 (90 °C),
-Gold, pure polished  0.02-0.035 (90-600 °C)
-Paper white 0.95-0.98 (40 °C)
-Water thickness >=0.1mm  0.96 (40 °C)
-Glass, smooth 0.94 (40 °C)
-Snow  0.82 (10-20 °C)
-Ice 0.97-0.98 (0 °C)
-Paints Black gloss 0.90 (40 °C)
-Paints White paint 0.89-0.97 (40 °C)

Lasille erikoisesti ("kfa" anto tiedefoorumilla vinkin) läpäisykäyrä 0-4 um:n alueella:

- http://en.wikipedia.org/wiki/Soda-lime_glass
Eli valon lisäksi normaali lasi läpäisee 3 um:n asti hyvin ja pikkuisen myös pitempiä.

Tässä on myös emissiivisyystaulukko useille eri aineille:
http://www.infrared-thermography.com/material-1.htm