DIY Kühlung für den Aussenbereich

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von

valki
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Ja, die „Hitzeglocke“ 2026 hat genervt und die knapp 39 Grad waren der Auslöser dafür, sich Gedanken über eine Kühlung für den Außenbereich zu machen.

Ventilatoren sind ja ganz fein – aber eine tatsächliche Kühlung ist wesentlich angenehmer. Ein Klimagerät fällt nicht nur aus Kosten- und Platzgründen weg, sondern natürlich auch wegen der Effizienz: Sowas kann sich nur ein Stadionbetreiber in den USA leisten – also muss eine andere Idee ran 🙂

Zielsetzung

  • Leise, stromsparende Kühlung im Außenbereich
  • mobiles System – schnell auf/abgebaut wenn notwendig
  • so klein und leicht wie möglich
  • flexibel im Einsatz: Wohnmobil, Schiff, Markise auf der Terrasse, etc.
  • Kosten unter 200 Euro
  • so viel wie möglich „off the shelf“

Verdunstungskühlung – physikalisches Prinzip

Die Verdunstungskühlung basiert auf dem Phasenübergang von flüssigem Wasser zu Wasserdampf. Für diesen Übergang wird Energie benötigt, die sogenannte Verdampfungsenthalpie. Diese beträgt bei Raumtemperatur ungefähr:

Lᵥ ≈ 2.4 MJ/kg

Das bedeutet: Um 1 kg Wasser zu verdampfen, werden etwa 2,4 Megajoule Wärmeenergie aus der Umgebung entzogen.

Die entnommene Wärmemenge lässt sich vereinfacht beschreiben durch:

Q = m · Lᵥ

wobei

  • Q = entzogene Wärmeenergie
  • m = verdampfte Wassermasse
  • Lᵥ = Verdampfungsenthalpie

Ein Beispiel:
Wenn 1 Liter Wasser (≈ 1 kg) vollständig verdunstet, werden rund 2.4 MJ Wärme aus der Umgebungsluft entzogen. Das entspricht etwa der Abkühlung einer großen Luftmasse um mehrere Grad, abhängig von Luftvolumen und Feuchtigkeit.

Die Effektivität hängt stark von der relativen Luftfeuchtigkeit φ ab. Je trockener die Luft, desto höher die Verdunstungsrate. Näherungsweise gilt:

  • bei φ < 40 %: sehr hohe Verdunstungsleistung
  • bei φ > 70 %: stark reduzierte Kühlwirkung

Die Tröpfchengröße spielt ebenfalls eine zentrale Rolle. Kleine Tropfen mit Durchmessern im Bereich von 10–100 µm haben ein hohes Oberfläche-zu-Volumen-Verhältnis und verdunsten deutlich schneller als größere Tropfen. Die Verdunstungszeit skaliert stark mit dem Radius (≈ r²-Abhängigkeit der Verdunstungszeit in idealisierten Modellen).

In praktischen Anwendungen – etwa bei Hochdruck-Nebelkühlungen – wird daher versucht, den Druck so zu wählen, dass möglichst feine Aerosole entstehen, die idealerweise vollständig in der Luftphase verdunsten, bevor sie Oberflächen erreichen.

Umsetzung

Das Wasser kann man entweder aus der vorhandenen Wasserleitung nehmen, aus einem großen Eimer (der stündlich nachgefüllt werden will!) oder in meinem Fall aus einem Gewässer.

Da Pumpen lieber „schieben“ als saugen, verwende ich zur Unterstützung der eigentlichen Membranpumpe eine kleine Tauchpumpe am Ende des 2m Ansaugschlauchs. Dieser kann dann einfach bei Bedarf über Bord gehängt werden.

Direkt an der Tauchpumpe habe ich zudem eine kleine Rückschlagklappe eingebaut, damit der Schlauch möglichst gefüllt bleibt, wenn die Pumpe abschaltet. Gesteuert wird die Tauchpumpe über ein Relais – dazu später mehr.

Um Schwebestoffe auszufiltern, kommt vor der Membranpumpe noch ein 50er Gitterfilter. Ob es zusätzlich noch einen feineren Filter benötigt wird noch ausgetestet. Da die verwendeten Düsen auch nochmal einen Filter haben, wird man schon sehen ob dieser irgendwann verstopft wird.

Dann kommt die 12V Membranpumpe. Ich habe hier gezielt ein kleineres Modell gewählt, denn es wird ja nicht viel Durchfluss benötigt und Geräusch/Stromsparen steht im Vordergrund. 12V deshalb, damit alles notfalls per Solar oder Bord – Batterie betrieben werden kann.

Die Pumpe hat auf der Vorderseite einen Druckschalter, der mit einer Hysterese von ca. 0.5 Bar ein und ausschaltet.

Ich habe den Druck auf 2,7 Bar eingestellt, somit schaltet die Pumpe bei etwa 2,25 Bar ein und mit 2,7 Bar wieder aus. Des weiteren habe ich das 12V Plus nach dem Druckschalter abgegriffen, um damit über das Relais die Tauchpumpe zu starten (Die Verkabelung am Bild ist natürlich nur provisorisch während des Tests).

Damit die Pumpe nicht ständig ein und ausschalten muss, habe ich auf der Druckseite zusätzlich einen Druckspeicher eingebaut. Dieser besteht intern aus einer Gummiblase, die per Autoreifen-Ventil unter Druck gesetzt wird. Ich habe hier einen Druck von 2.1 Bar eingestellt. Somit sollte der Druck bei den Düsen konstant bleiben, während die Pumpe ausgeschaltet ist.

Hinweis: bei dem Video hier hatte ich noch einen anderen Druckbereich eingestellt und die Tauchpumpe läuft noch permanent.

Nach dem Druckspeicher kommt dann der 6mm PU Schlauch mit dem „Push Fit“ System. Somit können die Düsen und Sperrhähne einfach und flexibel eingebaut werden zwecks optimaler Positionierung. In der finalen Installation sind die Abstände natürlich weiter.

Mittels der Sperrhähne kann später dann auch etwas genauer geregelt werden falls notwendig. Hier noch ein Bild vom Versuchsaufbau.

Erster Test

Der erste Test war vielversprechend!

Die Durchflussmenge und somit der Druckabfall hängt von der Anzahl und Größe der Düsen ab. Folgende Zeiten habe ich ermittelt:

Standarddruck 2.4 Bar und 1.5 Bar am Druckspeicher:

  • 3x 0,2mm Düsen: 1:17min
  • 6x:0,2mm Düsen: 0:50min
  • 3x 0,1mm Düsen 3:30min
  • 6x 0,1mm: 2:10min

Nach Erhöhung auf 2.7 Bar und 2.1 Bar am Druckspeicher:

  • 6x 0,2mm Düsen: 0:45min
  • 3x 0,2mm Düsen: 1:20min
  • 6x 0,1mm Düsen: 1:40min
  • 3x 0,1mm Düsen: 2:00min

Der Druckspeicher macht seinen Job ausgezeichnet: Die Pumpe muss nur ca. 2 Sekunden einschalten!

Beide Düsen zerstäuben wirklich sehr fein – ich sehe fast keinen Unterschied in der Tropfengröße. Allerdings sprühen die 0,2mm Düsen mit ca. 60cm weiter als die 0,1mm Düsen mit nur ca. 36cm.

Ich bin zuversichtlich, dass der Nebeleffekt absolut ausreicht, um bei wärmeren Außentemperaturen das Wasser zu verdunsten bevor es am Boden oder Menschen ankommt. Der Nebel ist zudem so fein, dass er fast wie Zigarettenrauch vom Wind davongetragen wird anstatt nach unten zu sinken.

Hinweis: hier bei diesem Video lief die Pumpe noch permanent. Dank Relais und Druckspeicher läuft diese im echten Betrieb nur etwa alle 2 Minuten für 2 Sekunden.

Beispielrechnung für das Nebelkühlsystem

Für eine grobe Abschätzung betrachten wir 6 Düsen mit 0,1 mm Öffnungsdurchmesser bei einem Systemdruck von etwa 2,7 bar.

1. Durchflussabschätzung

Für kleine Düsen lässt sich der Volumenstrom näherungsweise über die Orifice-Gleichung abschätzen:

Q ≈ C · A · √(2ΔP/ρ)

vereinfacht gilt in der Praxis für 0,1 mm Nebeldüsen bei 2–3 bar typischerweise:

  • pro Düse: ca. 0,02–0,04 L/min
  • bei 6 Düsen: ca. 0,12–0,24 L/min gesamt

Wir nehmen als Mittelwert:
Q ≈ 0,18 L/min

Das entspricht:

  • 0,003 L/s
  • ca. 10,8 L/h (daher will der Eimer auch alle Stunden mal gefüllt werden, falls wer die Wasserversorgung so lösen will!)

2. Verdunstungsleistung

Angenommen, das Wasser verdunstet vollständig:

  • 0,18 L/min ≈ 0,18 kg/min Wasser
  • Verdampfungsenthalpie: ≈ 2,4 MJ/kg

Damit ergibt sich die theoretische Kühlleistung:

P = ṁ · Lᵥ

ṁ = 0,18 kg/min = 0,003 kg/s

→ P ≈ 0,003 kg/s × 2.4 MJ/kg ≈ 7,2 kW

Das ist die maximale theoretische Kühlleistung bei vollständiger Verdunstung.

3. Realistischer Effekt im Außenbereich

In der Praxis hängt die tatsächliche Kühlwirkung stark von Luftfeuchte und Luftbewegung ab:

  • bei trockener Luft (≈ 40 % r.F.): 60–90 % Verdunstung
  • bei feuchter Luft (>70 % r.F.): deutlich weniger

Realistisch ergibt sich daher:

  • nutzbare Kühlleistung: ca. 3–6 kW

Das ersetzt natürlich keine Klimaanlage in einem geschlossenen Raum, aber ist eine ausreichend leistungsfähige Kühlung für einen Außenbereich, denn: Verdunstung senkt nicht nur die Lufttemperatur, sondern auch den Wärmeindex (gefühlte Temperatur) über sinkende Luftfeuchte.

Typischer Effekt:

  • Lufttemperatur sinkt nur ~1–3 °C
  • gefühlte Temperatur sinkt oft 3–10 °C, abhängig von Ausgangsfeuchte

Beispiel:

  • 30 °C / 60 % r.F. → gefühlt ~33–34 °C
  • mit Nebel + Verdunstung → 27–29 °C gefühlt möglich

Erwartung

  • physikalische Abkühlung: eher moderat (1–3 °C im offenen Bereich)
  • subjektiver Effekt: deutlich stärker durch Verdunstung + Luftfeuchteabfall
  • lokal im Kühlbereich: spürbar „kalter Luftschleier“

Todo

  • Installation der 6mm Druckschläuche am Zielort
  • Verbauen der Komponenten in einen kleinen, belüfteten Kasten

Verbaute Komponenten

Folgende Teile kommen zum Einsatz, insgesamt < 200 Euro: