Projekonzept

Die Kühlung wird elektrisch mittels sog. Peltier-Elementen erreicht, die optimal mittels einer Regelung angesteuert werden. Der Regelungsalgorithmus ist dabei so gewählt, dass es zu einem möglichst günstigen Verhältnis kommt zwischen aktivem Kühlen und Aufladen der notwendigen Energiespeicher. Diese müssen aus Gewichts- und Platzgründen klein bleiben, was ein intelligentes Energiemanagement erfordert, welches sich adaptiv an die tatsächlichen Temperaturbedingungen anpasst. Das Aufladen erfolgt über Photovoltaik und natürlich, wenn möglich, über externe Stromquellen. Die Peltier-Elemente haben zwar im Gegensatz zu Kompressoren einen schlechteren Wirkungsgrad, jedoch keine beweglichen Teile, sind leichter und benötigen kein Kühlmittel, was als großer Vorteil im angesehen wird, wenn man zB. in geschützter Natur unterwegs ist. Um die Effizienz der Peltier-Elemente voll auszunutzen, und den Nachteil gegenüber Kompressoren dahingehend zu minimieren, ist ein zweiter wichtiger Punkt im Projekt, das Konzept zum Abführen der Wärme. Hier wird nicht auf die konventionelle Methode gesetzt mit einem Gebläse die Wärme abzuführen, was zu einem störenden Geräusch in der stillen Natur führen würde. Sondern die Wärmeenergie wird mittels Verdunstung abgeführt, was wesentlich effizienter und kompakter technisch umgesetzt werden kann. Die Wirkung des aktiven Teils wird somit von der Isolation nur mehr soweit unterstützt, wie es notwendig ist, und kann daher in der Entwicklung optimiert werden. Wobei auf kostengünstige und für die Outdoor-Aktivitäten geeignete Materialien zurückgriffen werden kann.

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MATLAB

The control model should give a better insight into how the temperatures behave in the system. To achieve an optimal realistic result, a beautiful summer day is simulated. Due to the alternating outside temperature, the internal temperature of the backpack also changes, also included in the simulated. Days with a constant temperature are assumed. For this the pulse generator is suitable, since the heat energy emitted by the sun to the earth does not begin at the maximum and suddenly stop, two filters in series which distort this pulse in such a way that a realistic signal arises, which resembles a summer day. In case of a permanently constant temperature in the outside world and inside the system, a switch is used in the simulation to switch over to a constant temperature instead of a periodically alternating temperature. To be able to simulate the temperature in the interior, the properties of the backpack must be considered. To describe these better, in one of the next chapters a calculation example for the insulation has been made. There you can also find the formula used in the simulation. Basically, the simulated interior temperature is generated classically by means of Pt1 elements with consideration of the heat loss by the insulation of the backpack. To control the energy supply, a controller was built into the simulation. The temperature setpoint must be set upstream of the controller. At the end of the controller a saturation module is installed, which limits the maximum power to 50W. Now you can see a graph here the target temperature has been set to 10 °C (yellow line) The blue line shows the temperature in the backpack. It is especially nice to see that our system takes some time to fight the heat of the air sensed room. At this time a lot of energy is needed, on the later day the energy requirement drops down to half. To get the power at the thermoelectric modules a multiplier after the regulator is used to get the thermal power at the element by converting the efficiency. This is summed up with the remaining power in the system and outputs the final total power in the system, then a gain is used to incorporate the physical properties of the backpack. Finally, with the feedback you get the controlled temperature in the backpack. Here you can see the whole rule model again. The upper yellow graph shows the cooling capacity. The blue graph in the lower part simulates the outside temperature. The yellow graph in the second graph lets us see the changing temperature behaviour in the backpack without cooling, finally we see the temperature in the backpack using our cooling system.