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Größerer Schlauch gleich mehr Durchfluss?


Einleitung

Wirken sich verschiedene Schlauchgrößen merklich auf den Durchfluss aus? Bei Tests von Wasserkühlungs-Komponenten gehört es meist zum Standard, eine Angabe zum Durchfluss zu machen, so dass sich jeder ein Bild davon machen kann, wie stark ein Kühlkörper oder Radiator die Fördermenge bremst. Bei den verwendeten Schläuchen wird der Durchfluss-Faktor aber oft vernachlässigt. Im WaKü-Bereich sind meist Schlauch-Innendurchmesser zwischen acht Millimetern und einem halben Zoll (12,7 Millimeter) anzutreffen. Wir wollen in diesem Special überprüfen, wie stark sich die Schlauchgröße auf den Durchfluss auswirkt und vergleichen dazu einen Kreislauf einmal mit 10/8- und einmal mit 16/12-Schläuchen.

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Grundlagen
Zu jedem Wasserkühlungs-Kreislauf gehören eine Pumpe, Kühlkörper, Wärmetauscher, ein Ausgleichsbehälter und Schläuche, die alle Komponenten mit einander verbinden. Bei den Kühlkörpern ist es gemeinhin bekannt, dass sie den Durchfluss bremsen. Je mehr Kühlkörper in einem Kreislauf angebracht sind und je restriktiver diese aufgebaut sind, desto weniger Wasser mag die Pumpe durch den Kreislauf schieben.
Bei Kühlkörpern ist es ausserdem häufig der Fall, dass Kühlleistung und Durchfluss gegenläufig sind. Wenn das Wasser in einem Kühlkörper stark beschleunigt wird und durch sehr enge und/oder feine Strukturen gepresst wird, bedeutet das oft eine bessere Kühlleistung, verringert aber den Durchfluss im Kreislauf wesentlich. Auf dem Bild links ist die Innenansicht eines Kühlkörpers zu sehen, der zwar Strukturen aufweist, die Abstände dazwischen aber gross genug hält, um guten Durchfluss zu gewährleisten.
Das selbe Prinzip gilt allerdings auch für Schläuche: Je enger der Raum, durch den Sich das Wasser bewegt (in diesem Fall der Schlauchdurchmesser), desto stärker wird der Durchfluss gebremst. Die Entscheidung verschiedener User für verschiedene Schlauchgrössen hat in den meisten Fällen mit Optik und Preis zu tun, der Durchfluss wird dabei weniger berücksichtigt. Dennoch finden sich in einigen Foren immer wieder Diskussionen dazu, ob und wie sich die Schlauchgrösse auf den Durchfluss auswirkt.
Anschlüsse
Nun gibt es für Schläuche auch eine ganze Reihe vershiedener Anschlussarten. Während bei kleineren Schlauchdurchmessern Schraubverschlüsse am gängigsten sind, werden für dickere Schläuche meist Aufstecktüllen verwendet. Auch die Anschlüsse selbst unterscheiden sich bereits darin, wie stark sie den Wasserfluss bremsen.
Wenn wir uns den Querschnitt eines typischen Verschraubanschlusses ansehen (links) und ihm mit dem Querschnitt einer Tülle (rechts) vergleichen, wird deutlich, dass die Tülle einiges weniger restriktiv ist. Sie bietet eine gerade Durchführung.
Die meisten Verschraubanschlüsse verengen sich an der Öffnung, da es eine Kante braucht, über die die Überwurfmutter den Schlauch fixieren kann.
Wir testen in diesem Artikel also die Auswirkung verschiedener Schlauchgrössen und gleichzeitig auch die Auswirkung verschiedener Anschlüsse, da wir für den Schlauch mit acht Millimetern Innendurchmesser Verschraubanschlüsse und für den Halb-Zoll-Schlauch Tüllen verwenden.

Testkreislauf
Wir entschieden uns, für diesen Vergleich einen einigermassen Praxisnahen Kreislauf aufzubauen. Der Kreislauf besteht aus folgenden Komponenten:

- Laing DDC mit XSPC Reservoir Aufsatz
- Digmesa Durchflusssensor
- Innovatek NB-Kühler
- Zern NB-WAK Kühler
- Watercool MosFet-Kühler
- Alphacool NexXxos Pro 3 Rev.2 Radiator
- 246 Zentimeter Schlauch

- Win T-Balancer bigNG inklusive Sensorhub liest den Durchfluss aus und speichert die Werte in einer Logdatei

Da ein CPU-Kühler fehlt (es war zum Testzeitpunkt keiner "unbesetzt") und diese meist die restriktivsten Komponenten einer Wasserkühlung sind, gehört unser Kreislauf in die Kategorie "Highflow". Da es sowieso nur um einen relativen Vergleich der Schlauchgrössen geht, sollte das aber keinen Einfluss auf das Endresultat haben.


So sieht unser Testkreislauf mit 10/8-Schlauch aus:
Und so der Kreislauf mit dem 16/12-Schlauch. Da dieser Schlauch weniger Biegsam ist, ergibt sich ein anderes Gesamtbild des Verlaufes, die Schlauchlängen sind aber identisch mit denen des 10/8-Kreislaufes.
Testmethode

Der Testkreislauf wird wie auf den oberen Bildern gezeigt aufgebaut und danach ausführlich entlüftet. Wir haben in beiden Fällen die Pumpe nach dem entlüften noch einige Stunden im Betrieb gelassen, damit auch die letzten Luftbläschen noch den Weg in den Ausgleichsbehälter finden.

Danach wird die Pumpe mit 12 und 6 Volt betrieben und der Durchfluss gemessen. Da der Durchfluss praktisch konstant ist und nur kleinste Unterschiede wegen Messungenauigkeit und Spannungsschwankung auftreten, zeichnen wir den Durchfluss während nur einer Minute auf und errechnen daraus den Durchschnitt.

Resultate

Durchfluss, 12 Volt



Mit dem 10/8-Schlauch fliessen bei voller Pumpenleistung 242,3 l/h durch den Kreislauf. Der 16/12-Schlauch steigert diesen Wert um knapp 50 Prozent auf ganze 363,3 l/h. Das sind also 4,04 l/min Durchfluss mit den dünneren im Vergleich zu 6,06 l/min mit den dickeren Schläuchen.


Durchfluss, 6 Volt



Eine verringerte Pumpenleistung ändert nichts am Verhältnis der Durchflusswerte: Die dickeren Schläuche führen auch hier zu etwa 50 Prozent mehr Durchfluss.
Mehr = Besser?

Es wird ersichtlich, dass Schläuche mit grossen Innendurchmessern deutlich mehr Durchfluss bieten, als ihre schmaleren Gegenstücke. Ein Unterschied von 50 Prozent ist nicht zu vernachlässigen. Es stellt sich allerdings die Frage, ob mehr Durchfluss auch wirklich etwas bringt? Wem nützt mehr Durchfluss etwas?

Pauschal lässt sich das kaum sagen. Wir werden auf DeXgo.com jeden Wasserkühler auch auf seine Durchflussabhängigkeit testen. Je nach bauart und Modell kann der eine Kühler deutlich und ein anderer kaum von mehr Durchfluss profitieren. Trotzdem wollen wir in kürze den theoretischen (!) Vorteil von höheren Durchflussraten erläutern.


Konstanter Durchfluss

Eine sehr wichtige Grundlage ist, dass der Durchfluss an jeder Stelle im Kreislauf der selbe ist. Zwar verändert sich die Fliessgeschwindigkeit (je enger ein Raum, der durchflossen wird, desto schneller fliesst das Wasser) und der Druck (der Druck verringert sich nach jeder Komponente), der Durchfluss, gemessen in Hohlmass/Zeiteinheit bleibt aber an jeder Stelle der Selbe.

Daraus folgt auch, dass das Wasser über einen längeren Zeitraum gesehen in jeder Komponente des Kreislaufs unabhängig vom Durchfluss gleich lange verweilt.
Das Wasser bewegt sich bei höherem Durchfluss zwar schneller von der Hitzequelle zum Radiator als bei niedrigem Durchfluss, kommt aber entsprechend auch schneller wieder bei der Hitzequelle an. Das könnte zum Schluss führen, dass der Durchfluss für die Kühlleistung irrelevant ist. Bei niedrigem Durchfluss bewegt sich das Wasser zwar langsamer über die Hitzequelle und erwärmt sich dadurch stärker, es bewegt sich danach aber auch langsamer durch den Wärmetauscher und gibt dadurch mehr Wärme ab.


Vorteil von hohem Durchfluss

Ein Vorteil von hohem Durchfluss besteht darin, dass mehr Wärme abgeführt wird, je grösser die Temperaturdifferenz zwischen dem Wasser und der Hitzequelle ist. Das Szenario des schnellen Durchflusses, in dem das Wasser wenig Hitze aufnimmt, schnell zum Radiator gelangt und dort wieder wenig Hitze abgibt ist also theoretisch besser als das Szenario des geringen Durchflusses, wo das Wasser viel Wärme aufnimmt und im Radiator viel davon wieder abgibt. In der Praxis ist dieser Unterschied allerdings kaum messbar. Man messe dazu einfach die Wassertemperatur am Ein- und Ausgang des Radiators. Selbst bei einem grossen Radiator sind genaue Sensoren nötig, um wirklich signifikate Unterschiede Messen zu können.


Faktor Nummer 2: Turbulenzen
Ein wichtigerer Faktor sind Turbulenzen im Wasser. Wäre der Wasserfluss absolut frei von Turbulenzen, ergäbe sich eine Hitzeverteilung, wie sie auf dem Bild rechts dargestellt ist: Die Wassermoleküle in der Nähe der Hitzequelle nehmen sehr viel Hitze auf, während weiter entfernte Teile kaum einen Beitrag zur Kühlung leisten. Im Radiator fände das selbe aber umgekehrt statt: Die Moleküle in direktem Kontakt mit dem Wärmetauscher würden sich abkühlen während weiter entfernte Moleküle warm blieben, da sie die Wärme nur an naheliegende Wassermoleküle, nicht aber an das Material des Wärmetauschers direkt abgeben könnten.
Da es Turbulenzen im Wasserfluss hat, wechseln sich die Wassermoleküle, die in direktem Kontakt mit der Hitzequelle oder dem Wärmetauscher sind während des Durchfliessens stetig ab. Dadurch nehmen mehr Wassermoleküle, die dank der niedrigeren Temperatur schneller Hitze abführen können, an der Kühlung teil.

Der Effekt der Turbulenzen spielt theoretisch eine grössere Rolle bei der letztendlichen Temperatur. Und je mehr Durchfluss ein System hat, desto stärker sind die Turbulenzen im Wasser.


Warnung vor der Theorie

Ob und inwiefern sich das in der Praxis auf eine Wasserkühlung auswirkt, wollen wir an dieser Stelle in keiner Weise spekulieren. Die tatsächlichen Auswirkungen von Durchfluss werden sich in den kommenden Kühler-Tests zeigen.


Fazit

Dickere Schläuche bringen sehr deutlich mehr Durchfluss in einem Wasserkreislauf, so viel steht fest. Wer also bei der Zusammenstellung auf möglichst viel Durchfluss aus ist, sollte in Betracht ziehen, die starke Pumpe nicht mit dünnen Schläuchen auszubremsen. Die Wahl der Schlauchgrössen bleibt aber auch eine Preisfrage, da dickere Schläuche und die dazugehörigen Anschlüsse in der Anschaffung teurer sind.
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Weitere Informationen

Dieser Artikel wurde von HESmelaugh verfasst.
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