Терразитовая штукатурка: преимущества использования

С терразитовой штукатуркой фасад будет выглядеть красиво и оригинально

Террозит является разновидностью материала, который используется для высококачественной отделки. Штукатурка, изготовленная из него, обладает прочностью, универсальностью, эстетичностью. Низкая цена и простота в работе делают материал популярным для отделки многих поверхностей.

1. Что такое терразитовая штукатурка
2. Плюсы и минусы материала
3. Используют ли терразитовую штукатурку на фасадах
4. Инструкция по приготовлению
5. Правила оштукатуривания стен терразитовой штукатуркой

Что такое терразитовая штукатурка

Терразитовая штукатурка – это сухая смесь, состоящая из нескольких компонентов. В состав входит:

• гашеная известь;
• наполнитель;
• слюда;
• кварцевый песок;
• портландцемент;
• пигментный краситель.

От размера наполнителя, который варьируется от 2 до 6 мм, зависит процентное содержание компонентов. Состав смеси влияет на ее технические характеристики.

Расцветка материала зависит от соотношения песка и наполнителя, а также от вида красителя. Цвет может быть светло-желтым и желтым, белым, светло- и темно-серым, коричневым. Могут быть и другие расцветки, если использовать иные тонкодисперсионные водорастворимые вещества для окраски.

Плюсы и минусы материала

Терразитовая штукатурка имеет ряд особенностей, которые являются явными достоинствами. К ним относится:

• универсальность;
• простота при приготовлении смеси;
• влагостойкость;
• паропроницаемость;
• отличные декоративные свойства;
• легкая технология использования;
• различная финишная обработка;
• небольшой вес;
• экологическая безопасность.

Материал универсален. Он может применяться для отделки наружных и внутренних работ, ремонта, реставрации. По сравнению с керамической или облицовочной плиткой, терразитовая штукатурка имеет меньший показатель прочности, поэтому она чаще применяется в частом домостроении и немного реже в строительстве общественных зданий. За счет особой технологии оштукатуривания, покрытие на фасадах прослужит до 10 лет без ремонта.

Используют ли терразитовую штукатурку на фасадах

Помимо оштукатуривания внутренних стен, терразитовая штукатурка применяется для отделки фасадов, придавая им привлекательность и защищая от отрицательных воздействий внешней среды. Высококачественный материал способен выдержать различные температуры, как высокие, так и низкие. Терразит не выгорает от ярких лучей солнца, не растрескивается со временем.

Материал обладает отличными показателями паропроницаемости, поэтому не возникает парниковый эффект между штукатуркой и поверхностью стен постройки, что исключает их разрушение и образование плесени. Терразитовый слой устойчив к механическим повреждениям и статическим нагрузкам, значительно продляя срок эксплуатации.

Фасадная штукатурка подходит для выравнивания поверхностей, устраняет трещинки, щели, стыки, создает бесшовный слой. За счет теплоизоляционных свойств материала, уменьшается число используемых утеплителей, повышается теплоэффективность постройки. Слой терразита защищает горючие материалы от возгорания, неблагоприятных влияний осадков, придает строению оригинальность, эстетическую привлекательность.

Для грунтовки используется обычный раствор, который нужно выдержать разведенным на протяжении 6-7 дней. Терразитовая штукатурка фасада осуществляется в один прием во избежание пятен. Для оштукатуривания фасада терразитовой смесью применяется материал только высокого качества.

Инструкция по приготовлению

В строительстве применяется готовая сухая смесь, которая разводится перед использованием. На производстве используются специальные растворосмесители, перемешивание в которых производится 5 минут. Для небольших объемов раствор готовится посредством ручного перемешивания. Технология приготовления несложная.

В емкость для замешивания раствора помещается сухая смесь, добавляется вода. Вручную раствор смешивается 10 минут. Для определения густоты применяется специальный эталонный конус. Для мелкой смеси устанавливается показатель – 9 см, средней – 8, крупнозернистой – 7. Готовый раствор не используется 30 минут. С ним желательно работать через 2 часа после приготовления.

Важно, чтобы смесь на любом этапе перемешивалась. Тогда раствор получится качественным.

Немаловажен контроль за подвижностью раствора. Проверить состояние можно с помощью сжатия массы в кулаке – она не должна проникать между пальцами, а при раскрытии ладони рассыпаться. Качественная смесь не прилипает при передвижении на металлической поверхности, расположенной под углом. Если масса не рассыпается при сооружении из нее конуса, она готова к работе.

Вода или молочко из извести нельзя наливать из ведра или струей из шланга. Рекомендуется применение лейки или другого рассеивателя. Приготовленную смесь не собирается в кучу – тяжелые фракции опускаются на дно, и раствор расслаивается.

Правила оштукатуривания стен терразитовой штукатуркой

На начальном этапе поверхность для улучшения адгезии очищается и выравнивается. Затем стена обрызгивается обычной штукатуркой. Не дожидаясь высыхания, нанесенный слой покрывается горизонтальными насечками на расстоянии 2-3 см. Поверхность смачивается водой. Через 2 часа, когда вода высохнет, наносится в 2-3 слоя терразитовый грунтовый слой. Количество слоев зависит от вида и толщины смеси.

Если наполнитель с крупными зернами, рекомендуемая толщина не более 1,7 см. при применении мелкозернистого заполнителя толщина не более 0,8 см. Грунтовка разравнивается и уплотняется полутерком или правилом. Затем на поверхность следует нанести покрывной слой.

По прошествии 5-6 часов, после схватывания материала, начинается циклевание зубчатыми циклями и терками, состоящими из доски с прибитыми на нее гвоздями. Процесс проводится плавно, без нажима и рывков, в одном направлении. В процессе циклевки штукатурка частично обсыпается, за счет чего появляются небольшие углубления. По окончании процесса, образовавшееся пыль удаляется веником или жесткой щеткой.

Терразитовая штукатурка во время циклевания теряет около 25% исходного материала.

Фактуру можно сделать разную. Она зависит от размера зубов цикли и фракций наполнителя. Чтобы получить фактуру «тесаный песчаник», зубилом скалывается верхний слой материала. Получить «рваный камень» можно, если в смесь добавить острую щебенку с последующим обрызгом рабочим раствором.

Терразитовая штукатурка фасада – решение выгодное во всех отношениях. Покрытие эффектно выглядит, держится длительное время, не требует больших затрат. Если знать особенности материала, соблюдать технологию приготовления раствора и отделочных работ, то обработку фасада можно без проблем произвести самостоятельно.

Терразитовая штукатурка: как оформить фасад красивейшим покрытием под камень с небольшими затратами

Терразит – интересный отделочный материал, который представляет собой не отдельный минерал, а сухую строительную смесь с необычным составом. Он прекрасно подходит для разных целей, но основное направление его применения – изготовление декоративной штукатурки.

Готовый материал считается прочным, долговечным, имеет привлекательный вид, к тому же легко наносится, что обуславливает его высокую популярность среди профессионалов и новичков.

В чем особенности материала?

Оштукатуривание стен и потолков остается одним из самых востребованных методов отделки помещений и фасадов зданий. Долгий срок службы покрытия и его низкая стоимость по сравнению с другими видами оформления часто являются решающим моментом при выборе покрытия.

Использование терразитовой штукатурки внутри помещений

Терразитовая штукатурка идеально подойдет для обработки наружных и внутренних поверхностей, недаром ее называют универсальной. Она реализуется в сухом виде, расфасованная в мешки и пакеты и состоит из таких компонентов:

• каменная крошка;
• известь-пушонка;
• слюда;
• песок кварцевый;
• портландцемент;
• пигменты.

В зависимости от фракции каменной крошки выделяют разные виды терразитовой штукатурки — №1 (1-2 мм) и № 2 (2-4 мм).

На заметку! Материал на основе мелкой крошки обычно применяется для внутренней отделки, смесь с крупной крошкой идет на обработку фасадов, хотя строгих ограничений в этом вопросе нет.

В качестве пигментов выступают различные минеральные вещества, которые получают из каменной муки (пудры) мрамора, известняка, доломита, туфа и других горных пород. Они придают штукатурке неодинаковые цвета:

• перекись марганца — темно-серый;
• охра — желтый, светло-желтый;
• умбра — коричневый;
• без пигментов — светло-серый, белый.

к содержанию ↑

Свойства материала

Технические характеристики терразитовой штукатурки могут разниться в зависимости от производителя, точных пропорций компонентов, вида и количества введенных пигментов. В среднем сопротивление материала на разрыв спустя 14 дней после нанесения составляет 2 кг/кв. см, на 28-й день – 15 кг/кв. см, следовательно, паспортная прочность нарастает в течение первого месяца.

Важно! Терразитовая штукатурка выдерживает до 75 циклов замораживания и разморозки, без проблем переносит мойку под давлением с применением моющих средств и химических растворов.

Срок службы покрытия составляет 50 лет (для внутренних работ), а при учете отличной ремонтопригодности он будет еще выше. Другие характеристики материала:

• толщина укрывочного слоя – 5-12 мм;
• расход сухой смеси – 1,9-2,3 кг/кв. м/1 мм;
• нормы воды для разведения – 0,15-0,3 л на 1 кг сухой смеси;
• марка по удобноукладываемости – Пк2;
• время применения готовой массы – до 2 часов;
• температура окружающей среды во время работы – до +25 градусов;
• температура растворной смеси и основания – от +8 до +25 градусов.

Штукатурка обладает и другими преимуществами, выгодно отличающими ее от прочих отделочных материалов:

1. Легкость подготовки. Развести смесь можно без особого труда, просто соблюдая инструкцию производителя.
2. Стойкость к механическим нагрузкам. Поцарапать покрытие практически нереально.
3. Прекрасные декоративные качества. Благодаря наличию каменной крошки и слюды готовая поверхность обретает красивый, оригинальный вид.
4. Пригодность для разных оснований. Штукатурку можно наносить на поверхности из бетона, кирпича, покрытые цементно-известковыми составами с прочностью не ниже 5 МПа. Она идеально подходит для декоративной отделки стен, потолков, колонн, фасадов, цоколей, пригодна для реставрации, реконструкции и нового строительства.
5. Экологичность. Материал производится из безопасных компонентов, которые не наносят вреда человеку и окружающей среде.
6. Паропроницаемость. Штукатурка не нарушает процесса естественного отвода влаги, тем самым, благодаря ей в помещениях формируется здоровый микроклимат, а появление грибка и плесени исключается.

Считается, что наносить терразитовую штукатурку сложнее, чем обычную цементную. Это связано с наличием каменной крошки в составе и потребности в выполнении дополнительных штукатурных слоев. Тем не менее при небольшой тренировке процесс будет отрабатываться и происходить быстро и без особых трудностей.

Технология использования терразитовой штукатурки

Поскольку время применения готовой смеси после разведения весьма ограничено, то приготовление должно осуществляться непосредственно перед нанесением. Небольшие объемы штукатурки размешивают вручную, более крупные партии – с помощью дрели с насадкой или строительного миксера. Заранее отмеряют нужное количество воды комнатной температуры (3,75-7,5 л на мешок штукатурки в 25 кг). Потом небольшими партиями добавляют в воду смесь и перемешивают до однородной массы.

Важно! Количество воды для нанесения разных партий материала должно быть строго одинаковым, иначе возникнет разнотонность покрытия, либо изменится его фактура.

Готовую массу настаивают в течение 5 минут и отправляют в работу. Идеальной считается консистенция, при которой состав не прилипает при скольжении по наклонной поверхности, не рассыпается при укладке в конус или при сжатии в кулак.

Подготовка основания

Стены или другие поверхности перед нанесением штукатурки очищают от пыли, наслоений краски, сажи, грязи, применяя методы химической, воздушной, механической чистки. Обязательно убирают участки, начавшие разрушаться, оштукатуренные другими составами, либо аналогичной смесью, трещины надежно заделывают.

Демонтаж старой штукатурки к содержанию ↑

Основной этап

В новом строительстве и реставрации больших участков терразитовую штукатурку наносят в три этапа – вначале делают обрызг, потом грунт и накрывочный слой. В качестве состава для обрызга используют обычную цементно-известковую штукатурку, либо любой цементный состав. Его наносят слоем в 5 мм, оставляют для просыхания на 1,5 часа, а затем выполняют слой грунта толщиной 5-12 мм.

Если это требуется, то производят нанесение многослойно. Завершающий пласт выравнивают полутерком или правилом без сильного разглаживания. Когда планируется накладывание толстого слоя терразитовой штукатурки, то на грунте предварительно делают насечки глубиной 3-5 мм через каждые 3-4 см. Грунт защищают от слишком быстрой сушки в течение 3 суток, а к работе с накрывкой приступают через 7-12 суток.

Спустя указанное время можно производить последнюю часть оштукатуривания стен с помощью терразита. Поверхность хорошо смачивают водой, после чего наносят основную штукатурную смесь мастерком, кельмой, другим удобным инструментом. Слой по максимуму уплотняют ударами деревянного бруса, затем выравнивают правилом и заглаживают кельмой.

Финишная обработка

После частичного схватывания раствора производят циклевание с помощью щеток для гвоздей или зубчатых циклей, которое поможет создать фактуру «шуба», мелкозернистую и среднезернистую поверхность. Также для получения других фактур допускается штриховка, торцевание, штампование поверхности.

На заметку! Чтобы сделать фактуру «тесаный песчаник», верхний слой немного скалывают зубилом.

Для продления срока службы покрытие обрабатывают гидрофобизаторами. Терразитовая штукатурка – это отличное решение для фасада и интерьера. Она выгодна во всех отношениях, имеет прекрасные свойства и характеристики, дает возможность произвести все работы своими руками.

Терразитовая штукатурка: преимущества использования

Терразитовые штукатурки. Терразит доставляют на стройку в виде готовой сухой цветной смеси, которую на месте работ затворяют водой. Цвет и фактура терразита такая же, как у песчаника или туфа, но с блеском, который достигается введением слюды. Вяжущим в терразитовых штукатурках является известь-пушонка с добавкой 20—30% цемента. В качестве заполнителя применяют мраморную крошку и кварцевый песок. Для окраски терразита вводят пигменты, а иногда только цветную минеральную муку (мраморную, каменную, гранитную).
Выпускаемые терразитовые смеси разделяют по номерам или по буквенным обозначениям: № 1 или М (мелкозернистая) с зернами заполнителя величиной 1—2 мм, № 2 или С (среднезернистая) с зернами заполнителя 2—4 мм и № 3 или К (крупнозернистая) с зернами заполнителя 4—6 мм. Таким образом, при использовании смеси № 1 получается мелкая фактура, № 2 — средняя и № 3 — крупная.
Применяемую для декоративности слюду просеивают на таких же ситах, как и заполнитель.
Составы смесей для терразитовых штукатурок приведены в табл. 8.

Состав терразитовых штукатурок (в частях по объему)

Цвет штукатурки и крупность фактуры

светло-
желтый C

коричне-
вый M

светло-
серый M

темно-
серый M

портландцемент
Известь-пушонка
Песок кварцевый
Крошка мраморная
Пудра мраморная
Слюда (вчастях от объема цемента)
Краска (в % от массы всей сухой смеси)

Примечание . Для раствора К берется крупная крошка (4—6 мм), для раствора С — средняя (2—4 мм), для раствора М — мелкая (1—2 мм).
Наносить терразитовые растворы несколько труднее, чем известково-песчаные, так как первые приготовляют в большинстве случаев с крупной крошкой. Иногда терразитовый раствор делают жидким и наносят на поверхности в 3—4 слоя штукатурной лопаткой с сокола, имеющего бортики. Для вытягивания тяг применяют терразит с мелким заполнителем.
При оштукатуривании поверхности терразитовыми растворами сначала на подготовленный грунт наносят обрызг из жидкого терразитового раствора и после того, как он схватится (через 1—5 ч), наносят в 2—3 слоя грунт в зависимости от крупности терразита и толщины слоя штукатурки. Грунт хорошо разравнивают, уплотняют ударами полутерка или ребром правила. Если на поверхности грунта окажутся раковины, их исправляют раствором; затем наносят накрывку и хорошо ее разравнивают.
После схватывания нанесенного слоя терразитовой штукатурки ее иногда затирают. В большинстве случаев затирка нужна, если поверхность оштукатурена мелким терразитом, а обрабатывать ее будут циклями с мелкими зубьями. Затирать надо осторожно и вместе с тем быстро.
После схватывания раствора (обычно через 3—6 ч) приступают к циклеванию. При легком нажиме на циклю мраморная крошка и песок начинают осыпаться, оставляя гнезда большего или меньшего размера и тем самым образуя шероховатую поверхность. При циклевании терразита отходы достигают 25% израсходованного материала.
Поверхность штукатурки обрабатывают в полузатвердевшем состоянии. Если начать циклевание раньше, то раствор будет прилипать к цикле. Такое циклевание только ухудшит вид обрабатываемой поверхности. Если же штукатурка чрезмерно затвердела, то циклевать труднее.
Фактура при циклевании терразитовой штукатурки зависит от величины зубьев цикли или гвоздей щетки, а также от крупности заполнителей.
В процессе циклевания (рис. 145) штукатур держит циклю, в зависимости от ее размеров, одной или двумя руками и скребет ею по поверхности штукатурки. Сильно нажимать на циклю не рекомендуется, она должна двигаться плавно, без рывков. Цикля зубьями врезается в поверхность и снимает затертую пленку; при этом обнажаются слюда и крошка.

Циклевать нужно в одном направлении, иначе на поверхности останутся пятна, портящие вид штукатурки (это особенно заметно в солнечные дни).
Циклевать рекомендуется по правилу, в этом случае получаются ровные полосы, а циклеванная поверхность напоминает фактуру «под шубу». Фактуру «под шубу» можно получить и более простым способом — механизированным нанесением цветной накрывки непосредственно на оштукатуриваемую поверхность.
Для получения фактуры «под тесаный песчаник» с поверхности толстого слоя терразита скалывают зубилом верхний слой штукатурки.
Чтобы получить фактуру «под рваный камень», в свеженанесенный слой грунта втапливают в различных местах щебенку и забрасывают ее терразитовым раствором, который затем обрабатывают циклей или щеткой.
После обработки поверхность обметают веником или жесткой волосяной щеткой.
Оштукатуривание терразитом без циклевания заключается в следующем. После обрызга поверхности на нее наносят грунт из обычного раствора такой толщины, чтобы он не доходил до маяков на 5—7 мм, а затем на этот свежий грунт наносят до плоскости маяков цветной грунт, который разравнивают правилом или полутерком.
Вслед за цветным грунтом веником наносят в виде набрызга сметанообразную накрывку толщиной 5—7 мм. Накрывку наносят равномерными слоями, без пропусков, чтобы на поверхности не получилось утолщений и бугров. После подсыхания накрывки поверхность выравнивают ребром полутерка или правила, отбивая выступающие и слабодержащиеся частицы. Затем поверхность обметают веником, обнажая слюду, и получают как бы циклеванную поверхность.
После нанесения накрывки необходимо вырубать маяки, так как даже при самом толстом ее слое они выступят из основной плоскости. Если же нанести по маякам тонкий слой грунта, то частицы крошки слабо сцепятся с раствором маяков и будут легко отслаиваться в момент проведения правила или при обметании веником.
Потребность в терразите при оштукатуривании таким способом снижается на 25%, т. е. на то количество отходов, которое образуется при циклевании. Производительность труда при этом повышается.
Для выполнения терразитовой отделки бригаду делят на звенья, каждому из которых поручается определенный процесс: одно звено наносит обрызг и простой грунт, второе — цветной грунт, третье — накрывку, четвертое — вырубает маяки и заделывает их терразитом, пятое — обрабатывает накрывку.
Во время циклевания поверхностей по затвердевшей штукатурке выделяется пыль, поэтому работать надо в защитных очках.

Терразитовые штукатурки

Терразит доставляют на стройку в виде готовой сухой цветной смеси, которую на месте работ затворяют водой. Цвет и фактура терразита обычно такая же, как у песчаника или туфа, но с блеском из-за добавления слюды. Вяжущим в терразитовых штукатурках является известь-пушонка с добавкой 20—30% цемента. Как заполнитель применяют мраморную крошку и кварцевый песок. Окраска терразита достигается введением в него пигментов, а иногда только цветной минеральной муки.

Выпускаемые терразитовые смеси разделяются по номерам, обозначающим крупность заполнителя. При номере имеется буквенное обозначение: К — крупная фактура, С — средняя и М — мелкая.

Поверхность штукатурки обрабатывают в полузатвердевшем, полупластичном состоянии циклеванием, прочисткой гвоздевыми щетками и т. д. Фактура терразита зависит от крупности мраморной крошки, которая при обработке поверхности выпадает, оставляя гнезда большего или меньшего размера. При циклевке терразита отходы достигают 25% уложенного материала.

Наносить терразитовые растворы несколько труднее, чем известково-песчаные, так как первые изготовляют в большинстве случаев с крупной крошкой. Иногда терразитовый раствор делают жидким и наносят его на поверхности в 3—4 слоя штукатурной лопаткой с сокола с бортиками. Для вытягивания тяг применяют терразит с мелкими заполнителями.

Рецептура терразитовых смесей приведена в табл. 10.

Нанесение терразитовых растворов. На оштукатуриваемую поверхность сперва наносят обрызг и после того, как он схватился (через 1—1,5 часа), наносят в 2—3 слоя грунт, в зависимости от крупности терразита и толщины слоя штукатурки. Грунт хорошо разравнивают и уплотняют полутерком или правилом. Если на поверхности грунта окажутся раковины, то их замазывают.

Если на грунте много мелких раковин, делают накрывку и хорошо ее разравнивают.

После схватывания нанесенного слоя терразитовой штукатурки ее иногда затирают. Затирка в большинстве случаев необходима тогда, когда поверхность оштукатурена мелким терразитом, а обработка будет производиться циклями с мелкими зубьями. Затирку необходимо делать осторожно и быстро.

Циклевка терразита. После схватывания раствора, на что потребуется 3—6 и более часов, приступают к циклевке. Ее надо начинать тогда, когда при легком нажиме на циклю, поверхность терразитовой штукатурки начинает осыпаться, т. е. мраморная крошка и песок выпадают из общей массы штукатурного слоя, образуя шероховатую поверхность. Если циклевку начать раньше, то раствор будет сминаться и прилипать к цикле. Такая циклевка только ухудшит вид обрабатываемой поверхности. Если же штукатурка передержана (пересохла), то циклевку производить тяжело.

При циклевке терразита получающаяся фактура зависит от величины зубьев цикли и гвоздей щетки, а также от крупности заполнителей.

При циклевке терразита штукатур держит циклю, в зависимости от ее размеров, одной или двумя руками и водит ею по поверхности штукатурки (рис. 193). Сильно нажимать на циклю не рекомендуется; она должна двигаться плавно, без рывков.

Рис. 193. Циклевка терразита

Цикля зубьями врезается в поверхность в снимает затертую пленку, обнажая слюду или стекло. Циклевать нужно в одном направлении, иначе на поверхности останутся как бы пятна, портящие вид штукатурки (это особенно заметно в солнечные дни). Лучше всего производить циклевку по правилу; в этом случае получаются ровные полосы, а циклеванная поверхность напоминает фактуру «под шубу». Для получения фактуры «под тесаный песчаник» с поверхности толстого слоя терразита скалывают зубилом верхний слой штукатурки.

Для получения фактуры «под рваный камень» в штукатурку вбивают зубило, скобу или шпунт и вырывают ими куски штукатурки; при этом инструменты нужно забивать в разных направлениях. В целях экономии материалов фактуру под рваный камень можно получить укладкой в штукатурку щебенки в разных направлениях и забрасывания ее терразитовым раствором, который затем обрабатывается циклей.

После обработки поверхность обметают веником или жесткой волосяной щеткой.

Оштукатуривание терразитом без циклевки. Существует более экономичный, быстрый и упрощенный способ нанесения и обработки терразита, предложенный инженером А. М. Шепелевым. Он заключается в следующем. Сухую смесь терразита приготовляют обычным способом. Но для грунта, кроме обычной смеси, приготовляют еще и сухую смесь такого же цвета, как и терразит.

После обрызга наносят грунт из обычного раствора такой толщины, чтобы он не доходил до маяков на 5—7 мм, а затем на этот свежий грунт наносят цветной грунт до плоскости маяков. Цветной грунт разравнивают правилом или полутерком.

Вслед за цветным грунтом веником наносится набрызг — сметанообразная накрывка толщиной 5—7 мм. Набрызг наносят тщательно, равномерными слоями, без пропусков, чтобы на поверхности не получилось утолщений и бугров. После подсыхания накрывки поверхность выравнивают ребром полутерка или правила, отбивая выступающие и слабодержащиеся частицы-крошки. Затем поверхность обметают веником, обнажая слюду и получая как бы циклеванную поверхность.

Для производства работ при такой отделке бригада делится на звенья, каждому из которых поручается определенный процесс: одно звено наносит обрызг и простой грунт, второе — цветной грунт, третье — накрывку, четвертое — вырубает маяки и заделывает их терразитом, пятое — обрабатывает накрывку.

Маяки необходимо вырубать вслед за нанесением накрывки так как даже при самом толстом ее слое они выступят из основной плоскости. Если же нанести по маякам топкий слой грунта, то частицы крошки слабо сцепятся с раствором маяков и будут легко отваливаться при проведении правилом или обметании веником.

Потребность в терразите при оштукатуривании таким способом уменьшается на 25%, т. е. на то количество отходов, которое образуется при циклевке. Производительность труда при этом повышается.

Элементы Пельтье. Работа и применение. Обратный эффект

Элементы Пельтье называются специальные термоэлектрические преобразователи, работающие по принципу Пельтье. (образования разности температур при подключении электрического тока, другими словами, термоэлектрический охладитель).

Что такое элемент Пельтье

Ни для кого не секрет, что электронные устройства при работе греются. Нагрев отрицательно влияет на процесс работы, поэтому, чтобы как-то охладить приборы, в корпус устройств встраивают специальные элементы, называющиеся по имени изобретателя из Франции – Пельтье. Это малогабаритный элемент, который может охлаждать радиодетали на платах устройств. При его установке собственными силами никаких проблем не возникнет, монтаж в схему производится обычным паяльником.

1 — Изолятор керамический
2 — Проводник n — типа
3 — Проводник p — типа
4 — Проводник медный

В ранние времена вопросы охлаждения никого не интересовали, поэтому это изобретение осталось без применения. Два века спустя, при использовании электронных устройств в быту и промышленности, стали применять миниатюрные элементы Пельтье, вспомнив об эффекте французского изобретателя.

Принцип действия

Чтобы понять, как работает элемент на основе изобретения Пельтье, необходимо разобраться в физических процессах. Эффект заключается в соединении двух материалов с токопроводящими свойствами, обладающими различной энергией электронов в районе проводимости. При подключении электрического тока к зоне связи, электроны получают высокую энергию, для перехода в зону с более высокой проводимости второго полупроводника. Во время поглощения энергии проводники охлаждаются. При течении тока в обратную сторону происходит обычный эффект нагревания контакта.

Вся работа осуществляется на уровне решетки атома материала. Чтобы лучше понять работу, представим газ из частиц – фононов. Температура газа имеет зависимость от параметров:

• Свойства металла.
• Температуры среды.

Предполагаем, что металл состоит из смеси электронного и фононного газа, находящегося в термодинамическом равновесии. Во время касания двух металлов с различной температурой, холодный электронный газ перемещается в теплый металл. Создается разность потенциалов.

На стыке контакта электроны поглощают энергию фононов и отдают ее на другой металл фононам. При смене полюсов источника тока, весь процесс будет обратного действия. Разность температур будет возрастать до того момента, пока имеются в наличии свободные электроны с большим потенциалом. При их отсутствии наступит уравновешивание температур в металлах.

Если на одну сторону пластины Пельтье установить качественный теплоотвод в виде радиатора, то вторая сторона пластины создаст более низкую температуру. Она будет ниже на несколько десятков градусов, чем окружающий воздух. Чем больше значение тока, тем сильнее будет охлаждение. При обратной полярности тока холодная и теплая сторона поменяются друг с другом.

При соединении элемента Пельтье с металлом, эффект становится незначительным, поэтому практически устанавливают два элемента. Их количество может быть любым, это зависит от потребности в мощности охлаждения.

Эффективность действия эффекта Пельтье зависит от того, насколько точно выбраны свойства металлов, силы тока, протекающей по прибору, скорости отвода тепла.

Сфера использования

Чтобы применить практически элемент Пельтье, ученые произвели несколько опытов, показавших, что повышение отвода тепла достигается увеличением числа соединений 2-х материалов. Чем больше число спаев материалов, тем выше эффект. Чаще в нашей жизни такой элемент служит для охлаждения электронных устройств, уменьшения температуры в микросхемах.

Вот их некоторые области использования:

• Устройства ночного видения.
• Цифровые камеры, приборы связи, микросхемы, нуждающиеся в качественном охлаждении, для лучшего эффекта картинки.
• Телескопы с охлаждением.
• Кондиционеры.
• Точные часовые системы охлаждения кварцевых электрических генераторов.
• Холодильники.
• Кулеры для воды.
• Автомобильные холодильники.
• Видеокарты.

Элементы Пельтье часто используются в системах охлаждения, кондиционирования. Есть возможность достижения довольно низких температур, что открывает возможность применения для охлаждения оборудования с повышенным нагревом.

В настоящее время специалисты используют элементы Пельтье в акустических системах, выполняющих роль кулера. Элементы Пельтье не создают никаких звуков, поэтому бесшумность является одним из их достоинств. Такая технология стала популярной из-за мощной отдачи тепла. Элементы, изготовленные по современной технологии, имеют компактные размеры, радиаторы охлаждения поддерживают определенную температуру долгое время.

Достоинством элементов является длительный срок службы, потому что они сделаны в виде монолитного корпуса, неисправности маловероятны. Простая конструкция обычного широко применяемого вида простая, состоит из двух медных проводов с клеммами и проводами, изоляции из керамики.

Это небольшой перечень мест применения. Он расширяется за счет устройств бытового назначения, компьютеров, автомобилей. Можно отметить использование элементов Пельтье в охлаждении микропроцессоров с высокой производительностью. Ранее в них устанавливались только вентиляторы. Теперь, при монтаже модуля с элементами Пельтье значительно снизился шум в работе устройств.

Будут ли меняться схемы охлаждения в обычных холодильниках на схемы с использованием эффекта Пельтье? Сегодня вряд ли это возможно, так как элементы имеют низкий КПД. Стоимость их также не позволит применить их в холодильниках, так как она достаточно высока. Будущее покажет, насколько будет развиваться это направление. Сегодня проводятся эксперименты с твердотельными растворами, аналогичными по строению и свойствам. При их использовании цена модуля охлаждения может уменьшиться.

Обратный эффект элементов Пельтье

Технология подобного вида имеет особенность с интересными фактами. Это заключается в эффекте образования электрического тока путем охлаждения и нагревания пластины модуля Пельтье. Другими словами, он служит генератором электрической энергии, при обратном эффекте.

Такие генераторы электричества существуют пока чисто теоретически, но можно надеяться на будущее развитие этого направления. В свое время французский изобретатель не нашел применения своему открытию.

Сегодня этот термоэлектрический эффект широко используется в электронике. Границы применения постоянно расширяются, что подтверждается докладами и опытами исследователей и ученых. В будущем бытовая и электронная техника станет обладать совершенными инновационными возможностями. Холодильники станут бесшумными, так же, как и компьютеры. А пока модули Пельтье монтируют в разные схемы для охлаждения радиодеталей.

Преимущества и недостатки

Достоинствами элементов Пельтье можно назвать следующие факты:

• Компактный корпус элементов, позволяет монтировать его на плату с радиодеталями.
• Нет движущихся и трущихся частей, что повышает его срок службы.
• Позволяет соединение множества элементов в один каскад, по схеме, позволяющей уменьшать температуру очень горячих деталей.
• При смене полярности питающего напряжения элемент станет работать в обратном порядке, то есть, стороны охлаждения и нагрева поменяются местами.

Недостатками можно назвать такие моменты:

• Недостаточный коэффициент действия, влияющий на увеличение подводимого тока, для достижения необходимого перепада температур.
• Довольно сложная система отведения тепла от поверхности охлаждения.

Как изготовить элементы Пельтье для холодильника

Изготовить такие элементы Пельтье можно самому быстро и просто. Для начала нужно определиться с материалом пластин. Нужно взять пластины элементов из прочной керамики, приготовить проводники в количестве больше 20 штук, для того, чтобы обеспечить наибольший перепад температур. При достаточном числе элементов КПД произойдет значительное увеличение производительности холодильника.

Большую роль играет мощность применяемого холодильника. Если он действует на жидком фреоне, то с производительностью проблем не возникнет. Пластины элементов монтируются возле испарителя, смонтированного вместе с двигателем. Для такого монтажа понадобится некоторый набор прокладок и инструмента. Таким образом, обеспечится быстрое охлаждение нижней части холодильника.

Необходима тщательная изоляция проводников, только после этого их подключают к компрессору. После окончания монтажа нужно проверить напряжение мультиметром. При нарушении работы элементов (например, короткое замыкание), сработает терморегулятор.

Другие применения термоэлектрических модулей

Эффект модуля Пельтье применяется сегодня, благодаря законам физики. Избыточная энергия элементов всегда пригодится там, где необходима бесшумный и быстрый обмен теплом.

Основные места использования модулей:

• Охлаждение микропроцессоров.
• Двигатели внутреннего сгорания выпускают отработанные газы, которые ученые стали применять для образования вспомогательной энергии с помощью термоэлектрических модулей. Полученная таким способом энергия подается снова в мотор, в виде электричества. Это создает экономию топлива.
• В бытовых устройствах, действующих на нагревание или охлаждение.

Охлаждающий кулер может превратиться в нагреватель, а холодильник может выполнять функцию теплового шкафа, если изменить полярность постоянного тока. Это называется обратимым эффектом.

Такой принцип применяют в рекуператорах. Он состоит из бокса из двух камер. Они между собой сообщаются вентилятором. Элементы Пельтье нагревают холодный воздух, поступающий снаружи, с помощью энергии, которая извлечена из теплого воздуха в помещении. Такое устройство экономит расходы на отопление помещений.

Что такое элемент Пельтье, его устройство, принцип работы и практическое применение

Холодильное оборудование настолько прочно вошло в нашу жизнь, что даже трудно представить, как можно было без него обходиться. Но классические конструкции на хладагентах не подходят для мобильного использования, например, в качестве походной сумки-холодильника.

Сумка-холодильник на элементах Пельтье, нет компрессора, не нуждается во фреоне или других хладагентах

Для этой цели используются установки, в которых принцип работы построен на эффекте Пельтье. Кратко расскажем об этом явлении.

Что это такое?

Под данным термином подразумевают термоэлектрическое явление, открытое в 1834 году французским естествоиспытателем Жаном-Шарлем Пельтье. Суть эффекта заключается в выделении или поглощении тепла в зоне, где контактируют разнородные проводники, по которым проходит электрический ток.

В соответствии с классической теорией существует следующее объяснение явления: электрический ток переносит между металлами электроны, которые могут ускорять или замедлять свое движение, в зависимости от контактной разности потенциалов в проводниках, сделанных из различных материалов. Соответственно, при увеличении кинетической энергии, происходит ее превращение в тепловую.

На втором проводнике наблюдается обратный процесс, требующий пополнения энергии, в соответствии с фундаментальным законом физики. Это происходит за счет теплового колебания, что вызывает охлаждение металла, из которого изготовлен второй проводник.

Современные технологии позволяют изготовить полупроводниковые элементы-модули с максимальным термоэлектрическим эффектом. Имеет смысл кратко рассказать об их конструкции.

Устройство и принцип работы

Современные модули представляет собой конструкцию, состоящую из двух пластин-изоляторов (как правило, керамических), с расположенными между ними последовательно соединенными термопарами. С упрощенной схемой такого элемента можно ознакомиться на представленном ниже рисунке.

Устройство модульного элемента Пельтье

Обозначения:

• А – контакты для подключения к источнику питания;
• B – горячая поверхность элемента;
• С – холодная сторона;
• D – медные проводники;
• E – полупроводник на основе р-перехода;
• F – полупроводник n-типа.

Конструкция выполнена таким образом, что каждая из сторон модуля контактирует либо p-n, либо n-p переходами (в зависимости от полярности). Контакты p-n нагреваются, n-p – охлаждаются (см. рис.3). Соответственно, возникает разность температур (DT) на сторонах элемента. Для наблюдателя этот эффект будет выглядеть, как перенос тепловой энергии между сторонами модуля. Примечательно, что изменение полярности питания приводит к смене горячей и холодной поверхности.

Рис. 3. А – горячая сторона термоэлемента, В – холодная

Технические характеристики

Характеристики термоэлектрических модулей описываются следующими параметрами:

• холодопроизводительностью (Q_max), эта характеристика определяется на основе максимально допустимого тока и разности температуры между сторонами модуля, измеряется в Ваттах;
• максимальным температурным перепадом между сторонами элемента (DT_max), параметр приводится для идеальных условий, единица измерения — градусы;
• допустимая сила тока, необходимая для обеспечения максимального температурного перепада – I_max;
• максимальным напряжением U_max, необходимым для тока I_max, чтобы достигнуть пиковой разницы DT_max;
• внутренним сопротивлением модуля – Resistance, указывается в Омах;
• коэффициентом эффективности – СОР (аббревиатура от английского — coefficient of performance), по сути это КПД устройства, показывающее отношение охлаждающей к потребляемой мощности. У недорогих элементов этот параметр находится в пределах 0,3-0,35, у более дорогих моделей приближается к 0,5.

Маркировка

Рассмотрим, как расшифровывается типовая маркировка модулей на примере рисунка 4.

Рис 4. Модуль Пельтье с маркировкой ТЕС1-12706

Маркировка разбивается на три значащих группы:

1. Обозначение элемента. Две первые литеры всегда неизменны (ТЕ), говорят о том, что это термоэлемент. Следующая указывает размер, могут быть литеры «С» (стандартный) и «S» (малый). Последняя цифра указывает, сколько слоев (каскадов) в элементе.
2. Количество термопар в модуле, изображенном на фото их 127.
3. Величина номинального тока в Амперах, у нас – 6 А.

Таким же образом читается маркировка и других моделей серии ТЕС1, например: 12703, 12705, 12710 и т.д.

Применение

Несмотря на довольно низкий КПД, термоэлектрические элементы нашли широкое применение в измерительной, вычислительной, а также бытовой технике. Модули являются важным рабочим элементом следующих устройств:

• мобильных холодильных установок;
• небольших генераторов для выработки электричества;
• систем охлаждения в персональных компьютерах;
• кулеры для охлаждения и нагрева воды;
• осушители воздуха и т.д.

Приведем детальные примеры использования термоэлектрических модулей.

Холодильник на элементах Пельтье

Термоэлектрические холодильные установки значительно уступают по производительности компрессорным и абсорбционным аналогам. Но они имеют весомые достоинства, что делает целесообразным их использование при определенных условиях. К таким преимуществам можно отнести:

• простота конструкции;
• устойчивость к вибрации;
• отсутствие движущихся элементов (за исключением вентилятора, обдувающего радиатор);
• низкий уровень шума;
• небольшие габариты;
• возможность работы в любом положении;
• длительный срок службы;
• небольшое потребление энергии.

Такие характеристики идеально подходят для мобильных установок.

Термоэлектрический автохолодильник установленный в салоне автомобиля

Элемент Пельтье как генератор электроэнергии

Термоэлектрические модули могут работать в качестве генераторов электроэнергии, если одну из их сторон подвергнуть принудительному нагреву. Чем больше разница температур между сторонами, тем выше сила тока, вырабатываемая источником. К сожалению, максимальная температура для термогенератора ограничена, она не может быть выше точки плавления припоя, используемого в модуле. Нарушение этого условия приведет к выходу элемента из строя.

Для серийного производства термогенераторов используют специальные модули с тугоплавким припоем, их можно нагревать до температуры 300°С. В обычных элементах, например, ТЕС1 12715, ограничение – 150 градусов.

Поскольку КПД таких устройств невысокий, их применяют только в тех случаях, когда нет возможности использовать более эффективный источник электрической энергии. Тем не менее, термогенераторы на 5-10 Вт пользуются спросом у туристов, геологов и жителей отдаленных районов. Большие и мощные стационарные установки, работающие от высокотемпературного топлива, используют для питания приборов газораспределительных узлов, аппаратуры метеорологических станций и т.д.

Термоэлектрический генератор B25-12 (М) на 12 вольт, мощностью 25 ватт

Для охлаждения процессора

Относительно недавно данные модули стали использовать в системах охлаждения CPU персональных компьютеров. Учитывая низкую эффективность термоэлементов, польза от таких конструкций довольно сомнительна. Например, чтобы охладить источник тепла мощностью 100-170 Вт (соответствует большинству современных моделей CPU), потребуется потратить 400-680 Вт, что требует установки мощного блока питания.

Второй подводный камень – незагруженный процессор будет меньше выделять тепловой энергии, и модуль может охладить его меньше точки росы. В результате начнет образовываться конденсат, что, гарантировано, выведет электронику из строя.

Тем, кто решиться создать такую систему самостоятельно, потребуется провести серию расчетов по подбору мощности модуля под определенную модель процессора.

Исходя из выше сказанного, использовать данные модули в качестве системы охлаждения CPU не рентабельно, помимо этого они могут стать причиной выхода компьютерной техники из строя.

Совсем иначе обстоит дело с гибридными устройствами, где термомодули используются совместно с водяным или воздушным охлаждением.

Термоэлектрический кулер Армада

Гибридные системы охлаждения доказали свою эффективность, но высокая стоимость ограничивает круг их почитателей.

Кондиционер на элементах Пельтье

Теоретически такое устройство конструктивно будет значительно проще классических систем климат-контроля, но все упирается в низкую производительность. Одно дело — охладить небольшой объем холодильной камеры, другое — помещение или салон автомобиля. Кондиционеры на термоэлектрических модулях будут больше (в 3-4 раза) потреблять электроэнергии, чем оборудование, работающее на хладагенте.

Что касается использования в качестве автомобильной системы климат-контроля, то для работы такого устройства мощности штатного генератора будет недостаточно. Замена его на более производительное оборудование приведет к существенному расходу топлива, что не рентабельно.

В тематических форумах периодически возникают дискуссии на эту тему и рассматриваются различные самодельные конструкции, но полноценного рабочего прототипа пока не создано (не считая кондиционера для хомячка). Вполне возможно, ситуация измениться, когда появятся в широком доступе модули с более приемлемым КПД.

Для охлаждения воды

Термоэлектрический элемент часто используют как охладитель для кулеров воды. Конструкция включает в себя: охлаждающий модуль, контролер, управляемый термостатом и обогреватель. Такая реализация значительно проще и дешевле компрессорной схемы, помимо этого, она надежней и проще в эксплуатации. Но есть и определенные недостатки:

• вода не охлаждается ниже 10-12°С;
• на охлаждение требуется дольше времени, чем компрессорному аналогу, следовательно, такой кулер не подойдет для офиса с большим количеством работников;
• устройство чувствительно к внешней температуре, в теплом помещении вода не будет охлаждаться до минимальной температуры;
• не рекомендуется установка в запыленных комнатах, поскольку может забиться вентилятор и охлаждающий модуль выйдет из строя.

Настольный кулер для воды с использованием элемента Пельтье

Осушитель воздуха на элементах Пельтье

В отличие от кондиционера, реализация осушителя воздуха на термоэлектрических элементах вполне возможна. Конструкция получается довольно простой и недорогой. Охлаждающий модуль понижает температуру радиатора ниже точки росы, в результате на нем оседает влага, содержащаяся в воздухе, проходящем через устройство. Осевшая вода отводится в специальный накопитель.

Несмотря на низкий КПД, в данном случае эффективность устройства вполне удовлетворительная.

Как подключить?

С подключением модуля проблем не возникнет, на провода выходов необходимо подать постоянное напряжение, его величина указанна в даташит элемента. Красный провод необходимо подключить к плюсу, черный — к минусу. Внимание! Смена полярности меняет местами охлаждаемую и нагреваемую поверхности.

Как проверить элемент Пельтье на работоспособность?

Самый простой и надежный способ – тактильный. Необходимо подключить модуль к соответствующему источнику напряжения и дотронуться до его разных сторон. У работоспособного элемента одна из них будет теплее, другая – холоднее.

Если подходящего источника под рукой нет, потребуется мультиметр и зажигалка. Процесс проверки довольно прост:

1. подключаем щупы к выводам модуля;
2. подносим зажженную зажигалку к одной из сторон;
3. наблюдаем за показаниями прибора.

В рабочем модуле при нагреве одной из сторон генерируется электрический ток, что отобразится на табло прибора.

Как сделать элемент Пельтье своими руками?

Сделать самодельный модуль в домашних условиях практически невозможно, тем более в этом нет смысла, учитывая их относительно невысокую стоимость (порядка $4-$10). Но можно собрать устройство, которое будет полезным в походе, например, термоэлектрический генератор.

Схема подключения самодельного термогенератора

Для стабилизации напряжения необходимо собрать простой преобразователь на микросхеме ИМС L6920.

Принципиальная схема преобразователя напряжения

На вход такого преобразователя подается напряжение в диапазоне 0,8-5,5 В, на выходе он будет выдавать стабильные 5 В, что вполне достаточно для подзарядки большинства мобильных устройств. Если используется обычный элемент Пельтье, необходимо ограничить рабочий диапазон температуры нагреваемой стороны 150 °С. Чтобы не утруждать себя отслеживанием, в качестве источника тепла лучше использовать котелок с кипящей водой. В этом случае элемент гарантировано не нагреется выше температуры 100 °С.

Элемент пельтье и его принцип работы

В электротехнике используется много разных физических эффектов, процессов и свойств материалов. Достаточно вспомнить магнетизм, емкостные характеристики диэлектриков, сопротивление металлов прохождению тока. Определенный интерес представляют конструкции, содержащие связки двух полупроводников p- и n- типа, физические состояния которых, — под действием электрического тока — меняются. Речь идет об элементах Пельтье, названых так по имени первооткрывателя эффекта.

При подаче электроэнергии в устройство названого типа, место соприкосновения пластин разной энергетической проводимости нагревается или охлаждается в зависимости от направления движения тока. Причем разница температур может быть весьма велика и зависит в большей степени только от поступающего напряжения. Доступность конструкции позволяет изготовить самодельный элемент Пельтье даже в домашних условиях силами заинтересованного любителя электроники из вполне доступных материалов.

Самодельный холодильник с использованием элемента Пельтье:

Ниши применения аппарата довольно широки, от создания разогревающих поверхностей, до систем охлаждения процессоров, напитков или даже создания мини-холодильников. Единственный минус элемента — стоимость исходных материалов. Для миниатюрных конструкций еще можно найти необходимое их количество в компонентах электроники. В случае больших и соответственно мощных аппаратов, цена полупроводников будет дороже.

Теперь что касается выработки тока на биметаллических пластинах. Физическое явление ошибочно относят конкретно к элементам Пельтье, что не совсем точно соответствует истине. Изначально эффект открыт был Т. И. Зеебеком от фамилии которого и получил свое название. В проведенных исследованиях было выявлено, что в двух связанных проводниках из различных металлов (не обязательно p- и n- типа), для которых создается разница температур в отношении каждого, методом нагрева одного и охлаждением другого, возникает электрический ток. Правда, КПД процесса выше у полупроводниковой конструкции, больше напоминающей классический элемент Пельтье.

Генератор на основе эффекта Зеебека:

К сожалению, несмотря на видимые преимущества термических генераторов, производящих электричество и работающих на основе эффекта Зеебека, широкого распространения они не получили. Во всем виновата изначальная цена материалов, от которых непосредственно зависит коэффициент полезного действия на каждую единицу площади устройства. Кроме того, не стоит забывать о разнице температур, резкость которой в природе получить достаточно сложно. Есть конечно варианты, когда генератор названого типа работает на принудительном нагреве одной пластины и охлаждении другой. Причем первое действие производится не только за счет сгорания ископаемого топлива, но и к примеру, при распаде радиоактивных элементов или воздействия солнечных лучей. К сожалению, мощность таких устройств относительно мала по сравнению с энергозатратами, нужными для конечного производства тока. Классические виды генераторов в названом случае более эффективны при весьма солидной экономии топлива, необходимого для работы, или же при слабом действии природных факторов.

Еще один генератор, использующий тепло для питания слабого потребителя:

Краткая история открытия и обоснование физики работы

В основе работы элемента Пельтье находится физический принцип прохождения тока через две соприкасающиеся пластины, изготовленные из материалов с различными уровнями энергии тока прохождения, или другими словами — полупроводниками отличающихся типов. В месте их соединения будет наблюдаться нагрев при подаче тока в одну сторону, и понижение температуры при движении его в обратную.

Открыт эффект был еще в 18 веке Жан-Шарлем Пельтье, который получил его случайно, соединив контакты из висмута и сурьмы от источника тока. Капля воды, находящаяся в точке соприкосновения, превратилась в лед, что и вызвало интерес исследователя. Практическое применение открытие не получило по причине слабой распространенности электротехники в указанный период времени. Вспомнили о нем уже позднее, в век развития микроэлектроники, компонентам которой нужно было миниатюрное охлаждение, желательно без жидкостей и подвижных частей (насосов, вентиляторов и прочих).

Продаваемые сборки элементов Пельтье:

Элемент Пельтье можно создать не только из полупроводников. Но, к сожалению, эффект от использования различных проводящих металлов будет ниже, и практически полностью потеряется за счёт нагревания их в месте соприкосновения и общей теплопроводности материала.

Внутреннее устройство элемента Пельтье:

В общем виде конструкция выглядит как набор электродов кубической формы, изготовленных из полупроводников n- и p-типа. Каждый из них соединен с противоположными проводящими контактами, а все указанные пары соединены между собой последовательно. Причем расположение элементов выполняется так, чтобы связующие металлы между сборками полупроводников одного типа, соприкасались с первой стороной устройства в общем, а второго с противоположной. Сами p- и n- кубы зачастую изготавливаются из теллурида висмута и сплава кремния с германием. Соединительные контакты обычно из меди, алюминия или железа. Здесь главное требование — хорошая теплопроводность. Количество же пар в одной конструкции не ограничивается, и чем их больше, тем эффективнее работает элемент Пельтье. При подаче напряжения на сборку одна ее сторона нагревается, вторая охлаждается.

Принципиальная схема соединений в элементе Пельтье:

Годом нахождения обратного эффекта, выражающегося в выработке тока при охлаждении и нагреве соединенных проводников из разных металлов, принято считать 1821. Открытие было сделано Т. И. Зеебеком, который уже на следующий год опубликовал его в статье, предназначенной для Прусской академии наук, с названием «К вопросу о магнитной поляризации некоторых металлов и руд, возникающей в условиях разности температур».

Хотя согласно его работе, система генерации действует не только при использовании полупроводников, с ними ее КПД намного выше.

Элемент Пельтье, предназначенный целям генерации тока:

Где применяется

Миниатюрность настоящих элементов и относительно низкое их энергопотребление, — вкупе с отсутствием движущихся частей или различных жидкостей, применяемых в целях переноса тепла — предоставляет широкий спектр ниш использования. Сюда входят автомобильные кондиционеры, системы охлаждения микросхем и элементов электроники, мини-холодильники, подставки поддерживающие определенную температуру размещенных сверху емкостей. Кроме названых используется оборудование на элементах Пельтье в специфичных сферах, на подобии ПЦР-амплификаторов, нагревающихся систем вспышки фотоаппаратов, телескопах (для снижения теплового шума) и приемниках излучения инфракрасных устройств.

Реже можно заметить настоящий элемент в роли части конструкции генераторов. Хотя на рынках периодически всплывают аппараты аналогичного класса, к примеру, в виде фонариков, работающих от тепла человеческого тела или слабых машин, производящих электрический ток в целях подзарядки аккумуляторов смартфонов или ноутбуков.

Напряжение, получаемое на выходе элементов Пельтье:

Достоинства и недостатки

Как уже говорилось ранее, основным плюсом элементов Пельтье служит их миниатюрность, вкупе с отсутствием движущихся частей и агрегатных сред, используемых для передачи температуры. Соответственно, нет различных вентиляторов и насосов, хотя первые и могут использоваться для создания более быстрой конвекции тепла устройства и внешней среды. Кроме названых можно вспомнить простоту конструкции, которую в принципе может повторить каждый, изготовив элемент Пельтье своими руками.

Есть и минусы, основным из которых можно назвать низкий КПД, требующий повышения силы тока для создания действительно значимой разницы температур между горячей и холодной частью.

Эффект охлаждения достигаемый при использовании элементов Пельтье:

Элементы Пельтье своими руками

Получив теоретические знания о функционировании биметаллического устройства, пора перейти к тому, как сделать элемент Пельтье своими руками. Вот только сначала нужно выбрать нишу его применения. Хотя бы потому, что использовать устройство можно для охлаждения чего-либо, нагрева, или в качестве генератора с целью выработки электроэнергии. Последний вариант предпочтительнее по причине ненужности большого количества исходных материалов, хотя бы потому что многовольтное и высокоамперное устройство изготовить в любом случае сложно, особенно дома, ну а для целей подзарядки чего-либо подойдет и меньший его вариант. Хотя лучше купить готовый элемент Пельтье требуемой мощности с торговых интернет-площадок, чем заниматься его изначальным и достаточно невыгодным изготовлением.

Из диодов и транзисторов

Фактически любой элемент Пельтье представляет собой гирлянду из последовательно соединенных диодов, работающих в режиме пробоя. В сущности, любой электронный компонент, пропускающий ток в одном направлении и препятствующий его прохождению в обратном, построен на принципах соединения полупроводников p-n типа. Что в свою очередь наводит на мысли о схожести системы на искомую конструкцию, аналогичную той, которую имеет модуль Пельтье. Если брать во внимание диоды с пластмассовой оболочкой (включая излучающие свет), мешает доступу к самим контактным пластинам из разных металлов только сам корпус устройства.

Вот они, две пластины полупроводника в прозрачном диоде:

Случай транзисторов аналогичен, конечно учитывая то, что в большинстве из них три контакта, два из полупроводника одного типа и один (меньший) другого. Хотя избавиться от корпуса, если он металлический, проще, что довольно распространено у элементов названого типа — достаточно срезать верхнюю крышку и получить доступ к открытым контактным пластинам.

Металлический транзистор со снятой крышкой:

Саму процедуру избавления от корпуса возложим на читателей, с рекомендацией попробовать нагрев, кислоту или механическое снятие преграды. Что касается соединения контактных площадок, здесь некоторые фанаты, судя по имеющейся информации, использовали меднение их верхушек электрическим методом. Впоследствии к подготовленным участкам осуществлялась пайка проводящих контактов.

После получения требуемых металлов, главное, что нужно помнить при их подключении — направление прохождения тока и последовательное соединение, выглядящее, как p-n-p-n-p-n, учитывая тип полупроводников. Кроме того, чем больше будет использовано элементов в конструкции, вне зависимости от их размера, тем и выше КПД получившегося генератора или устройства создающего тепло вместе с холодом.

В окончании

Статья полностью объясняет, как работает элемент Пельтье и можно ли его повторить своими руками, используя только доступные материалы. Целесообразность самоличной сборки в практических целях оставляем на совести интересующихся вопросом. Хотя устройство, сделанное лично, безусловно более полно удовлетворит внутреннего любителя все делать самостоятельно, в отличие от покупного.

Видео по теме