Укладка канализационных труб в землю,в траншею, инструкции.

Процесс копки траншеи под канализацию и правила укладки труб

Чтобы правильно проложить канализационную систему в частном доме предварительно занимаются копкой траншеи.

Все стандарты – глубина, укрепление стенок, должны быть соблюдены в соответствии с нормативными документами.

Если организовать копку траншеи и ее дальнейшее обустройство неправильно, есть риск, что в будущем возникнет чрезвычайная ситуация.

Чтобы избежать последствий, придерживаются актов СНиП, а также соблюдают технологию рытья.

Когда применяется?

Организовать нормальные условия для комфортной жизни в доме без канализационной системы невозможно. Проходя по внутреннему трубопроводу отходы транспортируются к внешним магистралям, по ним достигая септика.

Если трубы уложены в траншеи правильно – такая система может существовать несколько десятков лет. Чтобы организовать канализационную систему, предварительно выкапывают траншеи.

Есть несколько ситуаций, когда прокладка в колею необходима:

  • трубы не должны находиться на видном месте на участке;
  • расстояние от объекта до септика большое и проложить трубу на поверхности не получится;
  • климатические условия;
  • соблюдение требований нормативных документов;
  • защита от механических повреждений;
  • экономия земли на участке.

Есть ситуации, когда прокладка труб в траншеях нецелесообразна. На это влияют суровые климатические условия, в которых проживает десятая часть страны.

Также прокладывать трубу под землей не имеет смысла, если внешний отрезок небольшой. Тогда можно монтировать канализационные трубы сверху грунта, доведя их до септика.

Параметры и требования

При самостоятельной копке траншеи и прокладывании труб в ней руководствуются сборником СНиП 2.04.03 от 1985 года. В нормативном документе указаны четкие стандарты для глубины, ширины и правил укрепления траншеи.

Для частного дома требования будут следующими:

  • трубы закладываются на глубине от 0,8 до 1,4 метра в траншею;
  • глубина промерзания в средней полосе России составляет 300 мм, поэтому труба должна лежать ниже уровня промерзания на 30-50 см;
  • от поверхности грунта до самой трубы должно быть не менее 70 см.

При организации системы под бетонной площадкой, а также в местах, где постоянно проходит автомобильный транспорт, минимальные значения уровня залегания системы увеличивают на 1 метр. Это необходимо для уменьшения рисков проседания грунта за счет интенсивных нагрузок на него.

Согласно нормативным документам при рытье траншеи важно учитывать тип грунта. Например, земля с высоким содержанием глины промерзает меньше, чем песчаная почва. Наибольшим уровнем промерзания обладает грунт с гравием. Всегда идет ориентация на регион. В разных городах степень промерзания грунта отличается.

Согласно СНиП минимальная глубина траншеи под канализацию должна составлять 50 см. При заглублении трубопровода на 1 метр, стенки траншеи подвергаются укреплению.

Методы рытья и необходимые инструменты

Для копки траншеи используется 2 метода:

  • ручной;
  • механизированный.

Земляные работы, выполненные ручным трудом, ценятся выше, чем те, которые были сделаны с помощью механизированной техники. Открытая выемка в грунте обычно выполняется трапециевидной или прямоугольной формы.

Чтобы добиться определенной формы – лучше использовать ручной труд. Этот метод используется тогда, когда к месту работ нельзя подогнать технику. Улица возле дома слишком узкая, нет возможности расположить бульдозер или экскаватор.

Эффективность ручного метода зависит не только от качества работы строителей, но от типа грунта. Если он будет слишком сыпучим, шансы на нормальное рытье снижаются. Для копки вручную также выбирают удобную погоду, так как рабочие не смогут нормально копать в плохих погодных условиях.

Рытье траншеи механизированным способом проходит быстрее и надежнее. Оно доступнее ручного труда, но возможно только в том случае, если бульдозер сможет подъехать к месту строительства. При определении стоимости расчет идет исходя из времени, затраченного на работу. Механизированный способ будет актуален в том случае, если предвидится большой объем разработки грунта.

При использовании ручного труда применяют штыковую и совковую лопату. Штыковым инструментом выкапывают грунт, а совковым – его собирают.

В механизированной копке участвует:

  1. экскаватор;
  2. баровая машина;
  3. навесной траншеекопатель.

С помощью экскаватора можно выкопать трапециевидные траншеи, баровая машина подойдет для работы в тяжелых и мерзлых грунтах, а навесной траншеекопатель актуален при небольшой ширине траншеи.

Процесс и технология рытья траншеи

Перед тем, как выкопать траншею, необходимо учесть ширину будущих труб. Чтобы укладка канализации прошла правильно, нужно дать рабочему возможность находиться на дне траншеи. Для этого определяется ее глубина.

Сам процесс рытья несложный:

  1. Выбор формы траншеи. Существует несколько форм для траншей под канализацию: прямоугольная, трапециевидная и смешанная. Прямоугольная используется на плотных грунтах, когда укрепление стенок не требуется. Трапециевидная нужна при заглублении на расстояние более 1,5 метра. Смешанный тип траншеи подойдет тогда, когда трубу нужно расположить на уровне залегания грунтовых вод.
  2. Выбор ширины. Этот показатель определяется исходя из диаметра используемых труб. Также важно учитывать ширину инструмента для работы: при ручном труде – лопаты, при механизированном – ширину ковша. Стандартные размеры от 0,5 до 0,8 метра в зависимости от заглубления.
  3. Разметка траншеи. Выбирают самый короткий путь для трассы. Для разметки используют колышки, между ними натягивают шнурок. Начало трассы будет там, где канализация выходит из дома, а конец – где расположен септик. Если на пути прокладки трассы есть препятствия – деревья, объекты, то их обходят под углом 90 градусов. Это в дальнейшем облегчает стыковку труб. Перед разметкой и копкой обязательно накрывают газонную траву брезентом, а также укрывают другие объекты от повреждения.
  4. Ручная копка. Сначала снимают верхний дерновой слой. Затем почву разрыхляют штыковой лопатой и вынимают с помощью совковой лопаты. При ручной копке лучше использовать ступенчатый метод, постепенно углубляясь внутрь. Когда траншея достигла нудной ширины, но еще не настолько глубокая, используют черенковую лопату. Здесь нужен помощник: один рабочий привязывает веревку к основанию лопаты, а второй вытягивает грунт на поверхность.
  5. Механизированная копка. На участок заезжает специализированная техника, которая за несколько часов способна выкопать большое количество траншей.
Читайте также:
Яркая гостиная - 100 фото идей стильного оформления дизайна гостиной

Схема канализации в траншее:

Разработанный грунт оставляют на поверхности – в дальнейшем он пригодится для засыпки канализационных труб.

Какие трубы используют?

Чтобы проложить канализацию на участке используют трубы из разных материалов.

Вид трубы Особенности использования
Чугунные Прочные и долговечные трубы, доступны и легко монтируются. Могут возникать сложности при соединении стыков. Чугун подвергается коррозии со временем и имеет большой вес. Внутренняя поверхность чугуна не будет гладкой, что затруднит транспортировку отходов к сливной яме
Асбестоцементные Обладают гладкой поверхностью, поэтому засоры не образуются. Легко монтируются с помощью муфт, имеют меньший вес, но хрупкие и при транспортировке могут ломаться
Полимерные Обладают высокой прочностью, небольшим весом. Укладывать такие канализационные трубы под силу одному человеку. Легко соединяются, отлично герметизируются. Выпускаются из ПВХ, ПНД и полипропилена
Гофрированные Хорошо выдерживают динамические нагрузки, устойчивы к замерзанию, но могут деформироваться при слишком низких температурах.

Специалисты рекомендуют использовать для прокладки канализации пластиковые трубы. При этом диаметр их сечения подбирается исходя из количества санузлов в доме. Для 2 туалетов подойдет труба диаметром 110 мм, для 3 и более санузлов нужно устанавливать трубу диаметром 160 мм.

Процесс и технология укладки

Укладка канализационных труб начинается с земляных работ – копки траншеи, затем идет монтаж трубопровода, а на последнем этапе происходит обратная засыпка грунта. Когда траншея выкопана рабочие должны нарезать и соединить всю систему канализационного трубопровода.

Процедура осуществляется в несколько этапов:

  1. Монтаж начинается от места выхода трубы из здания.
  2. Трубы укладываются вдоль траншеи, их раструбы должны быть направлены в противоположную от движения сточных вод сторону.
  3. Для соединения трубопровода раструбы очищают и устанавливают резиновые уплотнительные кольца. На трубе ставят метку и замеряют уровень вхождения раструба в трубу. Для облегчения вхождения используют смазку. Чтобы компенсировать деформации, трубу вводят не до конца, оставляя зазор в 1 см.
  4. Для поворотов используют отводы по 15 и 30 градусов.
  5. Устанавливаются ревизионные колодцы – это нужно для предотвращения засоров и возможности их очистки.
  6. Производят утепление, если это предусмотрено проектом.
  7. Обратная засыпка траншеи происходит постепенно, сначала 10-15 см засыпают песком. Его уплотняют по краям трубы, но не трамбуют на самой трубе. Далее канализацию засыпают обычным грунтом без больших камней.

Схема монтажа канализации:

Во время прокладки обязательно предусматривают уклон трубы по направлению к септику. Чем ближе показатели уклона к нормам, тем лучше будет происходить движение сточных вод.

Если уклон отсутствует – произойдет заиливание системы, образуются засоры. Например, при выходе из дома глубина траншеи для трубы должна быть 50 см, а при подсоединении к септику глубина уже составляет 1,5 метра.

Можно ли уложить одновременно канализационные трубы и водопровод?

Иногда вместе с канализационной системой прокладывают водопроводные трубы. Делают это, если площадь участка не позволяет вырыть сразу несколько траншей рядом. В других ситуациях делать это не допускается.

Причины запрета одновременной прокладки:

  • между трубами должно быть расстояние;
  • водопроводные трубы должны быть утеплены;
  • обустройство магистрального водовода.

Возле магистрального водовода категорически нельзя прокладывать канализационную трубу. Возле него должна быть обустроена санитарно-защитная полоса. Но в частных домах часто прибегают к одновременной прокладке водопровода и канализации в одной траншее.

Это регламентируется СНиП, но при строительстве важно соблюсти нормы проекта. Например, можно выкопать одну траншею и проложить в ней две трубы. При этом расстояние между ними должно составлять не менее 1,5 метров. Следовательно, траншею нужно копать шириной минимум 2 метра, что достаточно много для небольших по площади участков.

Если все же было решено прокладывать 2 трубопровода рядом, то нужно позаботиться о том, чтоб канализационная труба имела уклон к септику не менее чем на 40 см. Сделать это сложно, так как для прокладки водопровода уклон не нужен. Из минусов и различий также выделяют глубину залегания трубы. Для сточных вод она должна быть не менее 2 метров, а для водовода глубина меньше.

Плюсы и минусы

Есть несколько положительных и отрицательных моментов при сооружении траншей во время прокладки канализации.

Преимущества Недостатки
По сравнению с бестраншейным методом прокладки, этот способ дешевле Нельзя выполнить работы без вскрытия почвы: придется удалять плодородный грунт, выкорчевывать растительность на участке
Канализация будет укрыта слоем грунта и не подвержена повреждениям Увеличиваются материальные и временные затраты на копку траншеи
Самостоятельное выполнение Нельзя выполнять работы в зимнее время года

Если выбирать, как лучше проложить канализационную систему, то прокладка под землей дает больше возможностей, чем надземный вариант. Именно таким способом можно правильно организовать уклон и соблюсти все нормы и требования.

Проблемы и ошибки

Существует несколько ошибок при строительстве, способные привести к негативным последствиям в процессе эксплуатации канализации:

Читайте также:
Характеристики, преимущества и недостатки люминесцентной лампы 36 ватт

  1. Отсутствие уплотнения почвы. Если этого не сделать, то в будущем может произойти размывание грунтовыми водами, а также нарушение целостности коммуникации из-за обильных осадков.
  2. Отсутствие уклона. Если уклон не был выполнен, то сточные воды не будут поступать в септик. Уклон должен составлять 1-2 см на каждый метр трубопровода. Если уклона нет, нечистоты быстро засорят систему.
  3. Отсутствие колодца. Обязательно рекомендуется устанавливать ревизионный колодец – для проведения очистки и ремонта системы.

Еще одна ошибка возникает при прокладке в одной траншее трубы сточных вод и водопровода. Здесь важно соблюсти технологию и правила – сделать расстояние между трубами в 150 см.

Сколько стоит работа?

Стоимость работ вручную по копке траншеи будет выше, чем при механизированном труде. Например, средняя цена за 1 куб вырытого грунта составит от 1000 до 2000 рублей при ручном труде. Если рытье будет происходить с помощью бульдозера – цена снижается в несколько раз. Ориентировочная стоимость копки бульдозером – от 300 до 400 рублей за 1 куб.

Стоимость монтажа канализационной системы зависит от диаметра трубопровода, а также способа устройства канализации. Например, использование труб из высокопрочного чугуна диаметром 200 мм обойдется в 32000 рублей за погонный метр с учетом материалов. При этом работа с трубами из железобетона обойдется на 20% дешевле.

Полезное видео

Предлагаем посмотреть видео по теме статьи:

Заключение

Траншеи для канализации используются, когда нужно проложить трубы сточных вод от дома к септику. Для рытья применяют ручной и механизированный способ: первый будет всегда дороже. Используются чугунные, полимерные, гофрированные и железобетонные трубы. Технология укладки происходит в соответствии с требованиями СНиП от 1985 года: обязательно соблюдают глубину заложения трубы и ширину траншеи.

Укладка канализационных труб в траншею: инструкция и советы начинающим

Содержание статьи:

  • Подготовка к укладке канализационных труб
  • Нормы для укладки труб в траншею
  • Укладка канализационных труб в траншею
    • Пошаговая инструкция
    • Видео
  • Закапывание канализации

Укладка трубы в траншею фото

Подготовка к укладке канализационных труб

Ни для кого не секрет, что любое помещение где проживают или работают люди должно иметь канализацию.

Но если в многоэтажных домах процессом прокладки канализационных труб занимаются коммунальные службы, то имея частный дом, человеку придется самому позаботиться о прокладке канализации.

В принципе прокладку канализации нельзя назвать чрезвычайно сложным процессом, но он достаточно трудоемкий.

Конечно необходимо правильно рассчитать и закупить необходимые материалы, а также вырыть траншеи для укладки труб.

Но это самые простые процессы, гораздо сложнее осуществить укладку труб в траншеи, так как на данном этапе необходимо придерживаться определенных норм и стандартов.

Для начала стоит отметить, что на сегодняшний день планируя прокладку канализации лучше всего отдавать предпочтение гладким поисковым трубам из поливинилхлорида или полипропилена.

Лучшим решением будет использовать трубы ПВХ

Канализационные трубы для прокладки в грунт имеют оранжевый цвет, такие трубы отличаются повышенной прочностью, надежностью и долговечностью.

При выборе труб обязательно нужно учитывать уровень нагрузки, а именно глубину прокладки труб и наличие над ними проезжей части.

Если нагрузка на канализационную систему будет большая, тогда лучше отдать предпочтение двуслойным гофрированным пластиковым трубам.

При сильных нагрузках используйте гофрированные трубы

Что касается диаметра канализационных труб, то всеми стандартами и нормами предусмотрено использовании труб диаметром 110мм.

Максимальная глубина, на которой может быть осуществлена прокладка канализации равняется трем метрам.

Очень важно помнить, что укладка канализационных труб в траншею осуществляется при помощи фасонных деталей, а именно отводов, муфт, переходников, тройников и так далее.

Нормы для укладки труб в траншею

Итак, как уже было указанно, при укладке труб в траншею необходимо придерживаться установленных норм и стандартов.

Первое на что нужно учитывать – это глубину прокладки канализации, тут важно понимать величину промерзания грунта.

При этом траншея должна быть глубже на полметра чем уровень промерзания грунта в самый холодный период. К примеру, в северных регионах глубина пролегания канализации должна равняться 3-3,5 метрам, при этом в южных регионах достаточно проложить канализацию на глубине 1-1,5 метра.

Перед укладкой труб нужно определить уровень промерзагия

Конечно во всех случаях показатели индивидуальные, но на это обязательно нужно обращать внимание, так как если проложить канализацию недостаточно глубоко в зимний период времени, она может попросту промерзнуть.

Минимальная глубина пролегания трубопровода равняете 0,5 метрам, при этом расстояние считается от верхнего края трубы и это обязательно нужно учесть.

Схема укладки труб в траншее в зависимости от геодезических условий

Производя расчеты, можно привести следующий пример: если стандартной для канализации является труба диаметром 110 мм, тогда траншея под такой трубопровод должна иметь ширину 60 см, а глубина должна быть на 5 сантиметров больше запланированной и предусмотренной стандартами.

Очень важно также правильно подготовить дно траншеи перед укладкой трубы.

Размеры траншеи для укладки труб

Для этого необходимо выровнять дно и сделать уклон для канализации, который должен равняться 1-2 сантиметрам на метр квадратный.

Настоятельно не рекомендуется превышать предусмотренный нормами угол наклона канализации.

Связано это с тем, что увеличенный угол наклона может стать причиной сильного шума при работе канализации, а также к ее загрязнению.

Читайте также:
Стильный кофейный столик своими руками: пошаговый мастер-класс

Укладка канализационных труб в траншею

Перед тем как укладывать канализационные трубы в траншею, нужно точно разобраться, как именно осуществляется этот процесс.

Для того чтобы точно правильно осуществить этот процесс необходимо соблюдать точную последовательность действий.

Пошаговая инструкция:

  • выкопать траншею под трубопровод, ее глубина должна учитывать климатические условия региона и уровень промерзания грунта в среднем глубина траншеи для прокладки трубопровода колеблется в пределах 1-1,5м;

Разметка для будущей траншеи

  • организовать специальную подушку, высотой 10-15 сантиметров. Для этого на дно траншеи необходимо насыпать гравий или песок;

Выкапываем траншею и дно засыпаем песком

  • в местах расположения раструбов сделать приямки;

Теперь необходимо правильно соединить трубы

  • укладываем трубы, на данном этапе нужно обязательно следить за тем, чтобы все трубы укладывались раструбом вниз от уклона, так как это влияет на герметичность системы;

Процесс укладки труб в траншею своими руками

  • очистить раструб и гладкий край соединяемых труб, чтобы там не было никаких твердых частиц и грязи, так как это опять же повлияет на герметичность канализации;
  • соединительные части нужно обработать специальными веществами, которые придадут им герметичности. Для этого можно использовать силиконовую смазку или простое моющее средство. Обрабатывать смазкой необходимо, как раструб, так и гладкий конец труб;

Необходимо позаботиться от герметичности труб

  • гладкий край трубы необходимо вставить в раструб, тут нужно обязательно учесть, чтобы труба была вставлена до упора, для этого вначале необходимо замерить глубину расположения упора и отметить, до куда должна быть вставлена труба.

Типы соединения труб в траншее

По такой схеме соединяются все части канализации, при этом рекомендуется соединять трубопровод, двигаясь от фундамента дома непосредственно к выгребной яме или центральной канализации.

Труба в траншее

Видео-инструкция:

Если во внутренней канализации нет отвода, тогда его необходимо будет проделать при помощи алмазных сверл.

Если общая длина канализации превышает 15 метров, тогда может появиться необходимость в обустройстве специального ревизионного колодца.

Закапывание канализации

После того как все соединения были скреплены и проверены, необходимо обязательно перепроверить угол наклона трубопровода. Только после этого траншею можно закапывать.

Перед тем как засыпать траншею, для этого используется грунт, который был вырыт при ее раскопке, необходимо обязательно проследить за тем, чтобы грунт был очищен от крупных камней и других твердых частиц.

1) – с двух сторон засыпаем грунт; 2)- засыпка траншеи на высоту 0,2-0,5 м; 3) – засыпка траншеи после проверки на герметичность.

Обусловлено это тем, что в процессе засыпки твердые крупные частицы могут повредить трубопровод и нарушить его целостность.

Прокладка канализационных труб в земле, технология которой была описана выше, учитывает и процесс утрамбовки грунта. Но тут нужно понимать, что трамбовать грунт можно исключительно по бокам трубы.

То есть над самим трубопроводом трамбовать грунт категорически запрещено, так как это также может стать причиной его повреждения.

Для того чтобы грунт был утрамбован хорошо, рекомендуется засыпать канализацию постепенно отдельными слоями по 5 сантиметров и после каждого утрамбовывать грунт. Это не только позволит хорошо уплотнить его, но и сделать это безопаснее для нового трубопровода.

Перед тем как засыпать канализацию обязательно нужно исключить необходимость утепления канализации.

Так как если утеплять канализацию придется на этапе его использования, это может повлечь за собой дополнительные затраты силы, времени и денег.

Утеплять трубы необходимо если трубопровод проходит выше уровня промерзания земли.

Утепленная труба в траншее

Для утепления канализации рекомендуется использовать специальные утеплители, которым необходимо полностью обмотать трубы канализации по всей длине.

После того как трубы были обмотаны утеплителем, необходимо обязательно еще раз проверить угол наклона, так как в процессе утепления, он может нарушиться.

В этой ситуации, засыпка осуществляется только после того, как полностью произведен процесс утепления и проверен угол наклона. Засыпка после утепления производится по стандартной технологии.

Укладка канализационных труб в траншею – все тонкости процесса

Специалисты говорят о том, что укладка канализационных труб в траншею представляет собой достаточно-таки простой, но при этом по-настоящему ответственный процесс, от коего непосредственно зависит комфортная жизнь человека, так как именно канализация ежедневно отводит от жилого строения все сточные воды.

1 Прокладка канализационных труб – СНиП 2.04.03–85, правила, технология

Обустройство наружных систем канализации производится с учетом Санитарных норм и правил 1985 года, которые содержат необходимые рекомендации по правилам выполнения подобного вида работ, глубине заложения трубопровода в грунт и другую важную информацию.

В соответствии с этими правилами трубы следует укладывать на глубину не менее 30–50 сантиметров от уровня промерзания земли в конкретной местности (расчет расстояния ведется от нижней части трубного изделия).

На практике, как правило, этот показатель варьируется в зависимости от особенностей климата конкретной местности и некоторых иных факторов.

Если сеть обустраивается на участках, где фиксируется высокая нагрузка на поверхность грунта (например, под автодорогами), закладывать трубы нужно поглубже (до девяти метров) или же предусматривать их дополнительное утепление специальными средствами. Правила и технология прокладки канализационных труб в земле также требуют учета следующих принципов:

  • Обязательно осуществляется тщательное уплотнение земли в местах, где обустраивается канализация. Данный процесс значительно увеличивает долговечность системы, так как предотвращает риск размывания коммуникации грунтовыми водами при обильных атмосферных осадках.
  • Наклон труб в системе должен быть не менее 1–2 сантиметров на каждый квадратный метр длины коммуникации. Необходимость этого обусловлена тем, что напорного давления в бытовой канализации нет, а значит, стока без указанного наклона просто-напросто не будет, что приведет (и очень быстро) к засорению трубопровода.
  • Дно траншеи, в которую укладывают трубы, следует посыпать песком слоем от 15 и больше сантиметров. Такой же слой желательно насыпать и сверху трубопровода, чтобы при ремонте можно было без затруднений раскопать нужную часть системы.
  • В месте, где канализационная труба делает крутой изгиб, необходимо устанавливать специальный колодец (его, кроме того, можно монтировать на участке серьезного перепада глубин залегания конструкции). Такое сооружение упрощает проведение ремонтных работ, позволяет оперативно выполнять замену вышедших из строя труб. Если длина канализационной сети большая, рекомендуется установить несколько колодцев (дистанция между ними – 25 метров).
Читайте также:
Формы для тротуарной плитки

2 Укладка канализационных труб в траншею своими руками – подготовка рва

Рытье траншеи осуществляется вручную либо специальной техникой (например, экскаватором). Вне зависимости от того, как именно выполняется данный процесс, важно соблюдать стандарты для глубины и ширины такого рва. Обычно для монтажа наружной канализации используют трубы диаметром 110 мм. Для них нужно сделать ширину траншеи не менее 60 см. Если применяются чугунные трубы с большим сечением, ширину траншеи также увеличивают.

О глубине заложения трубных изделий мы уже говорили выше. Она в немалой степени зависит от нюансов проекта системы. А вот для простоты выполнения соединения труб в единую сеть рекомендуется оставлять достаточную дистанцию между стенками рва и трубного изделия. Для конструкции диаметром выше 22,5 см указанное расстояние должны быть 35 см, ниже 22,5 см – не менее 20 см.

Большое значение имеет однородность дна траншеи. На нем не должно быть промерзших зон и неровностей. Дно при необходимости (рыхлая и мягкая земля) дополнительно уплотняется. Вне зависимости от вида грунта выполняется подсыпка специальной гравийной либо песочной подушки под трубу. Такие действия производят и при обустройстве новой сети, и в тех случаях, когда производится ремонт старой коммуникации.

3 Технология и правила укладки канализационных труб

После проведения подготовки траншеи можно приступать непосредственно к монтажным работам, очистив от возможных загрязнений раструбы (внутренние) трубных изделий. Их прокладку начинают от фундамента жилого строения. На данном этапе потребуется вырезать отверстие под фундаментом и осуществить подвод под него трубы, если из дома нет вывода для нее. Если же вывод предусмотрен, на выходящий из здания конец трубы надевают раструб. Очень важно при этом тщательно произвести центровку первого трубного изделия.

В большинстве случаев канализационная сеть характеризуется наличием поворотов и изгибов на всем своем протяжении (до коллектора ее очень редко можно проложить по прямой линии). Чтобы качественно смонтировать такую систему, потребуется использовать специальные отводы, которые могут иметь разные углы (от 15 до 90 градусов). При длине канализации более 15 метров желательно монтировать над всеми коленами ревизию. В процессе эксплуатации сети они вам понадобятся для проведения ремонтов.

Затем выполняется соединение канализационных труб. Технология этой операции зависит от того, из какого материала они сделаны. Чаще всего наружные системы отвода стоков монтируют из полипропиленовых или полиэтиленовых труб, также используются и хорошо зарекомендовавшие себя чугунные канализационные трубы. На данной стадии процесса необходимо скрупулезно очищать концы стыкуемых элементов и следить за прочностью соединения.

Засыпку рва следует проводить только после того, как будет проверен правильный угол наклона канализационных труб. Засыпать трубопровод можно выкопанной ранее землей, но предварительно ее нужно избавить от крупных глыб (разбить таковые) и больших камней.

Сначала ров наполняют от верхней части трубы на 10–15 см песком, после этого грунтом (сантиметров на 30), затем производят его уплотнение по бокам. Оптимально, если дальнейшая засыпка ведется слоями по 5–6 сантиметров с обязательной трамбовкой каждого нового земляного пласта.

4 Как правильно прокладывать канализационные трубы методом горизонтального прокола?

Если по определенным причинам укладка труб в траншею невозможна (допустим, нельзя вырыть ров из-за какого-либо серьезного препятствия), применяется методика горизонтального прокола. Ее схема такова:

  • Используя буровую головку, осуществляют бурение. В головной зоне такой головки установлен специальный излучатель, который передает на локатор, находящийся в конце планируемого трубопровода, корректирующий сигнал. По нему и выполняется бурение. Весь процесс оператор видит на дисплее, подправляя при необходимости движение бура.
  • Полученная проколом скважина при помощи устройства, оснащенного режущим грунт инструментом, расширяется. Обычно скважину делают диаметром на 25 процентов больше, нежели сечение укладываемых труб.
  • Производится процесс протяжки труб. Необходимый по длине трубопровод помещают на противоположной стороне от вырытой скважины. К окончанию трубы подсоединяют механизм с шарниром и расширителем (такое приспособление называют оголовком) и направляют на него тяговой усилие. После этого протяжка сети занимает буквально несколько минут. Расширитель идет по траншее и тянет за собой готовую коммуникацию.

Как происходит укладка канализационных труб – пошаговое руководство от специалиста

Укладка труб канализации – это достаточно тяжелый физический труд, однако он не требует специальных знаний и навыков. С выполнением процесса справится любой человек, если будет придерживаться определенного плана.

Читайте также:
Строительный пистолет для цемента своими руками

Подведение канализации к дому

Обустройство канализационной системы проводится по трем схемам:

  • Централизованно, с подключением к общей канализационной сети.
  • Автономно без откачки. Такой тип канализации предполагает отвод от дома к септику с обустроенной дренажной системой для отстоявшихся вод.
  • Автономно с откачкой. Сбор стоков в этом случае осуществляется в отдельном хранилище, освобождение которого выполняется откачкой отстоявшихся вод. Этим может заниматься только специализированная компания по оказанию ассенизаторских услуг.

Каждая схема обустройства канализационной системы предполагает свой индивидуальный план подведения к строению.

При централизованной схеме сбора стоков укладка канализационных труб начинается у центрального отвода фановой трубы внутренней системы и ведется до ввода в коллектор центральной системы. Трубопровод предполагает прокладку одной линии, но дополнительно оборудуется колодцами с заслонками и ревизионными устройствами для обслуживания системы.

Монтаж автономной системы с откачкой проводится в одну трубу, которая начинается у отвода фановой трубы и выходит в хранилище. Такие трубопроводы также должны иметь заслонки и ревизии.

Автономная система без откачки отстоявшихся вод считается самым трудоемкой схемой, но менее затратной в плане обслуживания. По этой схеме канализационная труба идет от отвода фановой и входит в септик. От него дополнительно выполняют разводку дренажных труб.

Процесс укладки наружной канализации

Укладка наружных канализационных труб не зависит от схемы обустройства и выполняется по определенному плану.

Укладка труб в траншею начинается с подбора материала, имеющего нужные параметры: диаметр и длина. Длину трубы определить несложно, достаточно измерить расстояние от отвода фановой трубы до входа в коллекторную систему или септик. Для выбора диаметра трубы необходимо знать предполагаемый объем стоков. Хотя канализационные трубы выпускают в двух типовых размерах: 110 и 160 мм. Для обустройства промышленной канализации используют трубы диаметром свыше 400 мм.

Также важен тип материала, из которого произведена труба для канализации. Чаще всего это бывают гладкие трубы из поливинилхлорида или гофрированные трубы из полипропилена. Трубы из ПВХ стоят дешевле, но имеют меньший период эксплуатации, чем изделия из полипропилена.

Как выбрать уклон труб канализации

Этот параметр определяется очень просто: каждый метр трубы должен располагаться ниже предыдущего на 2 см.

Следовательно, если глубина укладки канализационных труб на входе составляет 1 метр, то выход десятиметрового изделия должен располагаться на глубине 1,2 метра. В этом случае жидкость по канализационной трубе будет стекать под действием сил гравитации, такая система может работать в безнапорном режиме.

Выполнение земляных работ

Укладка канализационных труб в траншею должна проводиться ниже уровня промерзания грунта, чтобы предотвратить замерзание системы под воздействием отрицательных температур.

Исходя из этого, можно определить, что отвод от фановой трубы следует заглублять не менее 1,5 метров, а выход определяется с учетом уклона 2 см на один погонный метр.

В процессе выполнения земляных работ нужно вырыть траншею, дно которой имеет уклон в сторону водосбора. По ширине траншея может быть от 5 до 10 см, при этом стенки от верхнего уровня до глубины 1 метр лучше всего укрепить щитами и распорками, чтобы предотвратить осыпание грунта в процессе монтажа трубопровода. Грунт, полученный при выкапывании траншеи, нужно складировать отдельно, им впоследствии можно заполнить траншею с уложенными трубами.

В процессе работы может возникнуть вопрос, как укладывать канализационные трубы, если система имеет большую протяженность. В этом случае рекомендуется обустраивать колодцы, укрепленные бетонными кольцами. Конструкция опускается на глубину траншеи или немного ниже этого уровня.

Этот же этап предполагает рытье котлована, только в этом случае большую часть грунта нужно вывозить с участка, так как объем ямы заполнит емкость под септик.

В это же время можно вырыть траншею для укладки дренажных труб.

Укладка труб в траншею

Канализационные трубы имеют мерную длину 4, 6 или 12 м. Соединение элементов выполняется в раструб. Перед укладкой трубы дно траншеи засыпают слоем песка до 15 см, это послужит своеобразной амортизацией сезонных колебаний грунта.

Сборка системы канализации начинается от отвода фановой трубы. При этом раструбы должны быть первыми на пути движения стоков, а вторая часть соединения должна располагаться под уклоном.

Собранную систему засыпают песком, а поверх него делают обратную засыпку грунта. На поверхности вдоль траншеи нужно сделать небольшое возвышение, чтобы в результате усадки грунта весной не образовались углубления. Остатки грунта лучше всего вывезти с участка.

Подготовка системы к запуску

Уложенную систему обязательно нужно проверить на герметичность соединений и проконтролировать пропускную способность трубы. Выполнять действия рекомендуется до засыпки траншеи.

Проверка герметичности выполняется следующим образом: места стыков канализационных труб оборачивают газетами и заливают в систему определенное количество воды. Сухая обертка свидетельствует о плотном соединении труб.

Пропускная способность трубы оценивается сравнением объемов входящей и выходящей жидкости. Если количество воды одинаковое, то система работает в полном объеме, следовательно, проблем с ее эксплуатацией не возникнет.

Как происходит укладка канализационных труб – пошаговое руководство от специалиста

Укладка труб канализации – это достаточно тяжелый физический труд, однако он не требует специальных знаний и навыков. С выполнением процесса справится любой человек, если будет придерживаться определенного плана.

Подведение канализации к дому

Обустройство канализационной системы проводится по трем схемам:

  • Централизованно, с подключением к общей канализационной сети.
  • Автономно без откачки. Такой тип канализации предполагает отвод от дома к септику с обустроенной дренажной системой для отстоявшихся вод.
  • Автономно с откачкой. Сбор стоков в этом случае осуществляется в отдельном хранилище, освобождение которого выполняется откачкой отстоявшихся вод. Этим может заниматься только специализированная компания по оказанию ассенизаторских услуг.
Читайте также:
Творческий подход к дизайну ванной комнаты

Каждая схема обустройства канализационной системы предполагает свой индивидуальный план подведения к строению.

При централизованной схеме сбора стоков укладка канализационных труб начинается у центрального отвода фановой трубы внутренней системы и ведется до ввода в коллектор центральной системы. Трубопровод предполагает прокладку одной линии, но дополнительно оборудуется колодцами с заслонками и ревизионными устройствами для обслуживания системы.

Монтаж автономной системы с откачкой проводится в одну трубу, которая начинается у отвода фановой трубы и выходит в хранилище. Такие трубопроводы также должны иметь заслонки и ревизии.

Автономная система без откачки отстоявшихся вод считается самым трудоемкой схемой, но менее затратной в плане обслуживания. По этой схеме канализационная труба идет от отвода фановой и входит в септик. От него дополнительно выполняют разводку дренажных труб.

Процесс укладки наружной канализации

Укладка наружных канализационных труб не зависит от схемы обустройства и выполняется по определенному плану.

Укладка труб в траншею начинается с подбора материала, имеющего нужные параметры: диаметр и длина. Длину трубы определить несложно, достаточно измерить расстояние от отвода фановой трубы до входа в коллекторную систему или септик. Для выбора диаметра трубы необходимо знать предполагаемый объем стоков. Хотя канализационные трубы выпускают в двух типовых размерах: 110 и 160 мм. Для обустройства промышленной канализации используют трубы диаметром свыше 400 мм.

Также важен тип материала, из которого произведена труба для канализации. Чаще всего это бывают гладкие трубы из поливинилхлорида или гофрированные трубы из полипропилена. Трубы из ПВХ стоят дешевле, но имеют меньший период эксплуатации, чем изделия из полипропилена.

Как выбрать уклон труб канализации

Этот параметр определяется очень просто: каждый метр трубы должен располагаться ниже предыдущего на 2 см.

Следовательно, если глубина укладки канализационных труб на входе составляет 1 метр, то выход десятиметрового изделия должен располагаться на глубине 1,2 метра. В этом случае жидкость по канализационной трубе будет стекать под действием сил гравитации, такая система может работать в безнапорном режиме.

Выполнение земляных работ

Укладка канализационных труб в траншею должна проводиться ниже уровня промерзания грунта, чтобы предотвратить замерзание системы под воздействием отрицательных температур.

Исходя из этого, можно определить, что отвод от фановой трубы следует заглублять не менее 1,5 метров, а выход определяется с учетом уклона 2 см на один погонный метр.

В процессе выполнения земляных работ нужно вырыть траншею, дно которой имеет уклон в сторону водосбора. По ширине траншея может быть от 5 до 10 см, при этом стенки от верхнего уровня до глубины 1 метр лучше всего укрепить щитами и распорками, чтобы предотвратить осыпание грунта в процессе монтажа трубопровода. Грунт, полученный при выкапывании траншеи, нужно складировать отдельно, им впоследствии можно заполнить траншею с уложенными трубами.

В процессе работы может возникнуть вопрос, как укладывать канализационные трубы, если система имеет большую протяженность. В этом случае рекомендуется обустраивать колодцы, укрепленные бетонными кольцами. Конструкция опускается на глубину траншеи или немного ниже этого уровня.

Этот же этап предполагает рытье котлована, только в этом случае большую часть грунта нужно вывозить с участка, так как объем ямы заполнит емкость под септик.

В это же время можно вырыть траншею для укладки дренажных труб.

Укладка труб в траншею

Канализационные трубы имеют мерную длину 4, 6 или 12 м. Соединение элементов выполняется в раструб. Перед укладкой трубы дно траншеи засыпают слоем песка до 15 см, это послужит своеобразной амортизацией сезонных колебаний грунта.

Сборка системы канализации начинается от отвода фановой трубы. При этом раструбы должны быть первыми на пути движения стоков, а вторая часть соединения должна располагаться под уклоном.

Собранную систему засыпают песком, а поверх него делают обратную засыпку грунта. На поверхности вдоль траншеи нужно сделать небольшое возвышение, чтобы в результате усадки грунта весной не образовались углубления. Остатки грунта лучше всего вывезти с участка.

Подготовка системы к запуску

Уложенную систему обязательно нужно проверить на герметичность соединений и проконтролировать пропускную способность трубы. Выполнять действия рекомендуется до засыпки траншеи.

Проверка герметичности выполняется следующим образом: места стыков канализационных труб оборачивают газетами и заливают в систему определенное количество воды. Сухая обертка свидетельствует о плотном соединении труб.

Пропускная способность трубы оценивается сравнением объемов входящей и выходящей жидкости. Если количество воды одинаковое, то система работает в полном объеме, следовательно, проблем с ее эксплуатацией не возникнет.

Принцип работы светодиода: как устроены и работают светодиоды простыми словами, из чего состоит элемент и в чем особенности строения разных диодов

С момента открытия монохромных красных светодиодов в 1962 году началось активное развитие полупроводниковых источников света.

Открытие синего и белого диодов перевело технологию на новый уровень.

С тех пор постоянно меняется устройство светодиода, его хаpaктеристики и конструкция. Сейчас они широко используются в светотехнике, электронике и других областях.

Читайте также:
Угловые электрокамины в интерьере (+ 4 видео)

Что такое светодиод простыми словами

Светодиод – это полупроводниковое устройство, создающее излучение при прохождении через него электрического тока. Из чего состоит светодиод: из кристалла, заключенного в защитный корпус с выводами. Кристалл расположен на непроводящей подложке и излучает определенный цвет. Для получения нужного свечения используются химические составы из различных полупроводников и люминофоры.

Кристалл состоит из двух и более полупроводников разного типа проводимости. Принцип работы светодиода следующий – в прямом направлении через него пропускают электрический ток. В электронно-дырочном переходе на границе двух веществ происходит движение электронов и дырок, в результате чего выделяется энергия в виде кванта света и прибор начинает светить.

  • высокая светоотдача;
  • высокая механическая прочность и виброустойчивость;
  • долгий срок работы;
  • малый нагрев;
  • от количества циклов включения-выключения не зависит срок работы;
  • различный спектр белых светодиодов – от 2700 К до 6500 К;
  • спектральная чистота, полученная благодаря принципу устройства;
  • отсутствует задержка при включении;
  • широкий диапазон углов излучения (от 15 градусов до 180 градусов);
  • электрическая безопасность, так как не требуются высокие напряжения;
  • отсутствие чувствительности к низким температурам;
  • надежность;
  • разнообразие форм;
  • экономичность;
  • экологичность, ввиду отсутствия в конструкции светодиода ртути и других вредных компонентов в составе светоизлучающего диода.
  • нельзя допускать работы при высоких температурах – кристалл начинает деградировать;
  • высокая стоимость готового изделия.
  • уличное, домашнее и производственное освещение;
  • индикация;
  • уличная реклама, бегущие строки;
  • фонари и светофоры;
  • подсветка экранов телефона, телевизора, компьютера и других жидкокристаллических дисплеев;
  • игрушки, значки и другие развлекательные элементы;
  • диодные дорожные знаки;
  • световые шнуры Дюралайт;
  • в фитолампах.

Осветительный прибор на основе светодиодов состоит из:

  • излучающего диода;
  • драйвера;
  • цоколя;
  • корпуса.

Из крупных производителей светодиодов можно выделить японскую фирму Nichia Corporation и ее подразделение Nichia Chemical. Они являются лидерами по изготовлению сверхъярких диодов синего, белого и зеленого цвета. Также изготовлением излучающих диодов занимаются компании Phillips, Cree, Seoul Semiconduction из российских можно выделить Оптоган и Светлана-Оптоэлектроника.

В Nichia Chemical впервые разработали белый и синий светодиод.

Как устроены и чем отличаются светодиоды разных типов

Светодиоды можно классифицировать по разным критериям. Основное отличие – в технологии и электрических параметрах.

Сокращение DIP пошло от слов Direct In-line Package. Такие светодиоды известны еще с конца прошлого века. Устройство представляет собой стеклянную или пластиковую прозрачную колбу размером 3 или 5 мм, в которой находится полупроводниковый кристалл. Колба является линзой и формирует направленный пучок света. Кристалл закрепляется на катоде, который с помощью провода соединяется с анодом. Из корпуса выходят контакты в виде металлических ножек, через которые светодиод и включается в схему.

По форме бывают круглые, овальные, прямоугольные. Напряжение питания – до 5 В при 25 мА.

Обычно внутри линзы располагается один кристалл, но есть модели с двумя и более разных цветов. Такие модели могут оснащаться тремя и четырьмя выводами. Принцип работы светодиода подобного вида задает микрочип.

Dip светодиоды являются малоточными, они используются в гирляндах, для индикации, в подсветке, уличном освещении. По сравнению с SMD диодами они имеют следующие преимущества:

  • яркость;
  • направленный световой поток;
  • долгий срок службы при работе на улице;
  • потрeбление электроэнергии.

Основной недостаток – большой размер, от 3 мм.

Важно! С течением времени яркость свечения может уменьшаться. Это связано с деградацией кристалла и материалов, из чего делают светодиоды.

Светодиоды SMD – это приборы для крепления на поверхность. В настоящее время этот тип диодов является самым востребованным. С их появлением расширились возможности создания осветительных систем. Начали уменьшаться размеры светильника, монтаж автоматизирован.

Как устроен светодиод SMD – излучающий кристалл закреплен на подложке, от которой отводится тепло. К ней вмонтированы выходы. Внутри размещен управляющий чип. Защитой является овальная или сферическая линза из стекла или пластика.

  • небольшая цена;
  • надежность;
  • срок службы;
  • высокая светоотдача.

SMD светодиоды в смеху включаются при помощи специального клея. Самые маленькие диоды имеют размер 0,6х0,3 мм. Максимальная яркость – 8000 кд/кв.м.

Существует технология, при которой кристалл наносится на проводящую подложку без использования корпуса. В качестве защиты используется специальный слой, который выбирается по назначению светодиодов.

Используются для подсветки интерьеров, уличных билбордов, рекламных экранов с широким разрешением.

Chip On Board (COB) светодиоды имеют большое количество кристаллов на одной подложке. Также их называют светодиодной матрицей. Сверху заливается люминофором.

  • простота монтажа;
  • хороший поток света;
  • высокий CRI;
  • разнообразие форм.
  • стоимость;
  • самый срок службы;
  • светоотдача ниже, чем у SMD.

КОБы активно используются в создании ярких прожекторов и в других светильниках, где требуется акцентированная подсветка.

Важно! Из-за высокого нагрева требуется силиконовая оптика. Она устойчива к высоким температурам. Перед подключением ее нужно подготовить, иначе подложка деформируется и кристалл повредится.

Как работают светодиоды: принцип действия

Электрический ток преобразуется в свет в кристалле. Он состоит из двух полупроводников различного типа проводимости – n и p. N-проводимость обеспечивается легированием электронов в полупроводник, p – дырок.

Принцип действия светодиода заключается в появлении свечения при рекомбинации электронов и дырок в p-n переходе под действием тока, приложенного в прямом направлении. В результате перехода электронов с одного энергетического уровня на другой появляются фотоны.

Читайте также:
Срок службы стояков водоснабжения в жилых домах

Не все полупроводниковые материалы способны давать свет при рекомбинации. Для создания светодиодов используются прямозонные полупроводники, в которых разрешен прямой оптический переход зона-зона. К таким материалам относятся A3B5 (InP, GaAs), A2B4 (CdTe). В зависимости от состава можно получать светодиоды от ультрафиолетовых до инфpaкрасных.

Как работает светодиод, зависит от электронно-дырочного перехода. Условия пропускания света p-n переходом:

  • близость ширины запрещенной зоны к энергии кванта света;
  • минимальное содержание дефектов в полупроводниковом кристалле.

Для реализации этих требований одного p-n перехода недостаточно. Нужно создавать многослойные структуры – гетероструктуры, состоящие из нескольких полупроводников.

Получение светодиода определенного цвета

Для получения светодиода того или иного цвета используется три технологии – покрытие люминофором, использование RGB светодиодов и применение разных полупроводниковых материалов.

Покрытие люминофором

Люминофором называется вещество, которое может преобразовать поглощаемую энергию в свет. Получение светодиодов путем нанесения люминофора на поверхность имеет свои преимущества:

  • простота конструкции;
  • низкая стоимость производства;
  • экономия.

К недостаткам относятся:

  • снижение светоотдачи из-за потери световой энергии;
  • влияние на цветовую температуру;
  • быстрее стареет при эксплуатации.

Люминофор используется в белых светодиодах. С помощью люминофорного покрытия создаются диоды с различной цветовой температурой.

RGB-технология

Смешивание цветов по RGB технологии также помогает получить светодиоды различного спектра (обычно используются для белого). На матрице устанавливаются 3 монокристалла, каждый из них дает свой спектр RGB. Путем конструирования оптической системы цвета смешиваются и дают нужный оттенок.

  • возможность поочередного включения того или иного цвета вручную или автоматически;
  • можно вызывать разные оттенки, меняющиеся по времени;
  • создание эффектных осветительных конструкций для рекламы и дизайна.
  • неравномерность светового пятна;
  • неравномерность нагрева и отвода тепла.

Отрицательные качества вызваны расположением кристаллов полупроводника на поверхности. Из-за этого качественно организовать RGB модель сложно.

Применение различных примесей и полупроводников

Работа светодиода напрямую зависит от материала, из которого он выполнен. Использование полупроводников с различной шириной запрещенной зоны можно добиться нужного света от диода. От ширины запрещенной зоны зависит длина волны.

Для получения приборов в инфpaкрасном и красном цветовом спектре используются твердые растворы на основе арсенида галлия. Оранжевые, желтые и зеленые цвета получаются при помощи фосфида галлия. Синие, фиолетовые и ультрафиолетовые изготавливаются на основе нитрида галлия.

Основные выводы

Светодиоды – это компоненты, которые активно используются во многих сферах деятельности. Их можно встретить в освещении улиц и домов, подсветке экранов мобильного телефона и компьютера, в качестве индикаторов. Строение элемента: полупроводниковый кристалл, подложка, линза и электроды.

Излучающие диоды бывают нескольких типов – SMD, DIP, COB, они различаются по конструкции и техническим хаpaктеристикам. Получить устройство нужного цвета можно с помощью RGB технологии, нанесения люминофора на поверхность и путем подбора полупроводников для кристалла. Производство светодиодов активно развивается, и появляются все новые приборы с улучшенными хаpaктеристиками.

Устройство и принцип работы светодиодов

С момента открытия красного светодиода (1962 г.) развитие твердотельных источников света не останавливалось ни на миг. Каждое десятилетие отмечалось научными достижениями и открывало для ученых новые горизонты. В 1993 году, когда японским ученым удалось получить синий свет, а затем и белый, развитие светодиодов перешло на новый уровень. Перед физиками всего мира стала новая задача, суть которой заключалась в использовании светодиодного освещения в качестве основного.

В наше время можно сделать первые выводы, свидетельствующие об успехах становления светодиодного освещения и продолжающейся модернизации светодиода. На прилавках магазинов появились светильники со светодиодами, изготовленными по технологии COB, COG, SMD, filament.

Как устроен каждый из перечисленных видов, и какие физические процессы вынуждают полупроводниковый кристалл светиться?

Что такое светодиод?

Перед разбором устройства и принципа работы, кратко рассмотрим, что светодиод из себя представляет.

Светодиод – это полупроводниковый компонент с электронно-дырочным переходом, создающий оптическое излучение при пропускании электрического тока в прямом направлении.

В отличие от нити накала и люминесцентных источников света, испускаемый свет светодиодом лежит в небольшом диапазоне спектра. То есть кристалл светоизлучающего диода испускает конкретный цвет (в случае со светодиодами видимого спектра). Для получения определенного спектра излучения в светодиодах используют специальный химический состав полупроводников и люминофора.

Устройство, конструкция и технологические отличия

Существует много признаков, по которым можно классифицировать светодиоды на группы. Одним из них является технологическое отличие и небольшое различие в устройстве, которое вызвано особенностью электрических параметров и будущей сферой применения светодиода.

Цилиндрический корпус из эпоксидной смолы с двумя выводами стал первым конструктивом для светоизлучающего кристалла. Закругленный цветной или прозрачный цилиндр служит линзой, формируя направленный пучок света. Выводы вставляются в отверстия печатной платы (DIP) и с помощью пайки обеспечивают электрический контакт.

Излучающий кристалл располагается на катоде, который имеет форму флажка, и соединяется с анодом тончайшим проводом. Существуют модели с двумя и тремя кристаллами разного цвета в одном корпусе с количеством выводов от двух до четырёх. Кроме этого, внутри корпуса может быть встроен микрочип, управляющий очередностью свечения кристаллов либо задающий чистоту его мигания. Светодиоды в DIP корпусе относятся к слаботочным, используется в подсветке, системах индикации и гирляндах.

В попытках нарастить световой поток, появился аналог с усовершенствованным устройством в DIP корпусе с четырьмя выводами, известный как «пиранья». Однако увеличенная светоотдача нивелировалась размерами светодиода и сильным нагревом кристалла, что ограничило область применения «пираньи». А с появлением SMD технологии их производство практически прекратилось.

Читайте также:
Ушм это что такое. Угловые пневмошлифмашины (УШМ) — что это такое?

Полупроводниковые приборы с креплением на поверхность печатной платы коренным образом отличаются от предшественников. Их появление расширило возможности конструирования систем освещения, позволило снизить габариты светильника и полностью автоматизировать монтаж. Сегодня SMD-светодиод – это самый востребованный компонент, используемый для построения источников света любых форматов.

Основа корпуса, на которую крепится кристалл, является хорошим проводником тепла, что в разы улучшило отвод тепла от светоизлучающего кристалла. В устройстве белых светодиодов между полупроводником и линзой присутствует слой люминофора для задания нужной цветовой температуры и нейтрализации ультрафиолета. В SMD-компонентах с широким углом излучения линза отсутствует, а сам светодиод имеет форму параллелепипеда.

Chip-On-Board – одно из новейших практических достижений, которое в ближайшем будущем займет лидерство по производству белых светодиодов в искусственном освещении. Отличительная черта устройства светодиодов по технологии COB заключается в следующем: на алюминиевую основу (подложку) через диэлектрический клей крепят десятки кристаллов без корпуса и подложки, а затем полученную матрицу покрывают общим слоем люминофора. В результате получается источник света с равномерным распределением светового потока, исключающий появление теней.

Разновидностью COB является Chip-On-Glass (COG), которая подразумевает размещение множества мелких кристаллов на поверхности из стекла. В частности, широко известны филаментные лампы на 220 В, в которых излучающим элементом служит стеклянный стержень со светодиодами, покрытыми люминофором.

Принцип работы светодиода

Несмотря на рассмотренные технологические особенности, работа всех светодиодов базируется на общем принципе действия излучающего элемента. Преобразование электрического тока в световой поток происходит в кристалле, который состоит из полупроводников с разным типом проводимости. Материал с n­-проводимостью получают путем его легирования электронами, а материал с p-проводимостью – дырками. Таким образом, в сопредельных слоях создаются дополнительные носители заряда противоположной направленности. В момент подачи прямого напряжения начинается движение электронов и дырок к p-n-переходу. Заряженные частицы преодолевают барьер и начинают рекомбинировать, в результате чего протекает электрический ток. Процесс рекомбинации дырки и электрона в зоне p-n-перехода сопровождается выделением энергии в виде фотона.

Вообще, данное физическое явление применимо ко всем полупроводниковым диодам. Но в большинстве случаев длина волны фотона находится за пределами видимого спектра излучения. Чтобы заставить элементарную частицу двигаться в диапазоне 400-700 нм ученым пришлось провести немало экспериментов с подбором подходящих химических элементов. В результате появились новые соединения: арсенид галлия, фосфид галлия и более сложные их формы, каждая из которых характеризуется своей длиной волны, а значит, и цветом излучения.

Кроме полезного света, испускаемого светодиодом, на p-n-переходе выделяется некоторое количество теплоты, которая снижает эффективность полупроводникового прибора. Поэтому в конструкции мощных светодиодов должна быть продумана возможность реализации эффективного отвода тепла.

Устройство и принцип действия светодиода

Светодиоды были изобретены около полувека назад как более удобная альтернатива миниатюрным лампам с нитями накаливания. Новые осветительные элементы были более удобны, просты в эксплуатации и энергоэффективны. На протяжении последних 30 лет светодиоды совершенствуются и дорабатываются, захватывая все большую часть рынка. Причиной большой популярности стала эксплуатационная надёжность, большой рабочий ресурс и простой принцип работы светодиода.

Историческая справка

Исторически изобретателями светодиодов считаются физики Г. Раунд, О. Лосев и Н. Холоньяк, которые по-своему дополняли технологию в 1907, 1927 и 1962 годах, соответственно:

  1. Г. Раунд исследовал излучение света твердотельным диодом и открыл электролюминесценцию.
  2. О. В. Лосев в ходе экспериментов открыл электролюминесценцию полупроводникового перехода и запатентовал «световое реле».
  3. Н. Холоньяк считается изобретателем первого светодиода, применяемого на практике.

Светодиод Холоньяка светился в красном диапазоне. Его последователи и разработчики дальнейших лет разработали жёлтый, синий и зелёный светодиоды. Первый элемент высокой яркости для применения в волоконно-оптических линиях был разработал в 1976 году. Синий светодиод LED был сконструирован в начале 1990-х трио японских исследователей: Накамура, Амано и Акасаки.

Эта разработка отличалась крайне малой себестоимостью и, по сути, открыла эпоху повсеместного применения LED-светодиодов. В 2014 году японские инженеры получили за это Нобелевскую премию по физике.

В нынешнем мире светодиоды встречаются повсеместно:

  • в наружном и внутреннем освещении светодиодными лампами и лентами;
  • как индикаторы для буквенно-цифровых табло;
  • в рекламной технике: бегущих строках, уличных экранах, стендах и т.п;
  • в светофорах и уличном освещении;
  • в дорожных знаках со светодиодным оснащением;
  • в USB-устройствах и игрушках;
  • в подсветке дисплеев телевизоров, мобильных устройств.

Устройство светодиода

Конструкция светодиода представлена следующими составляющими:

  • эпоксидная линза;
  • кристалл-полупроводник;
  • отражатель;
  • проволочные контакты;
  • электроды (катод и анод);
  • плоский срез-основание.

Рабочие контакты закреплены в основании и проходят сквозь него. Другие компоненты лампы находятся внутри неё в герметичном пространстве. Оно образовано спайкой линзы и основания. При сборке на катоде закрепляется кристалл, а на контактах – проводники, которые через p-n-переход подключены к кристаллу.

Что такое OLED?

OLED – это органические полупроводниковые светодиоды, которые производятся из органических компонентов, которые светятся при прохождении электрического тока. Для их производства применяются многослойные тонкоплёночные структуры из различных полимеров. Принцип действия таких светодиодов также базируется на p-n-переходе. Преимущества OLED проявляются в сфере дисплеев – по сравнению с жидкокристаллическими и плазменными аналогами они выигрывают по яркости, контрастности, энергопотреблению и углам обзора. Технология OLED не используется для производства осветительных и индикаторных светодиодов.

Читайте также:
Формы для тротуарной плитки

Как работает элемент?

Принцип действия светодиода основывается на функциях и свойствах p-n-перехода. Под ним понимается специальная область, в которой имеет место пространственное изменение типа проводимости (от электронной n-области к дырочной p-области). p-полупроводник является носителем положительного, а n-полупроводник – отрицательного заряда (электронов).

В конструкции светодиода положительным и отрицательным электродами выступают анод и катод, соответственно. Поверхность электродов, которая находится снаружи колбы, имеет металлические контактные площадки, к которым припаяны выводы. Таким образом, после подачи положительного заряда на анод и отрицательного – на катод – на p-n переходе начинает протекание электрического тока.

При прямом включении питания дырки из области p-полупроводника и электроны из области n-полупроводника буду направлено двигаться на встречу друг другу. В результате этого на границе дырочно-электронного перехода происходит рекомбинация, то есть обмен, и выделяется световая энергия в виде фотонов.

Для преобразования фотонов в видимый свет материал подбирается таким образом, чтобы длина их волна оставалась в видимых пределах цветового спектра.

Разновидности светодиодов

Последовательное совершенствование открытой в 1962 году технологии привело к созданию разнообразных базовых элементов и моделей светодиодов на их основе. На сегодняшний день классификация проводится по расчётной мощности, типу соединения и типу корпуса.

В первом случае различаются осветительные и индикаторные варианты. Первые предназначены для использования в осветительных целях. Их уровень мощности приблизительно соответствует аналогичным вольфрамовым и люминесцентным лампам. Индикаторные светодиоды не излучают сильный поток света и используются в электронном оборудовании, приборных и навигационных панелях и т.д.

Индикаторные светодиоды между собой различают по типу соединения на тройные AlGaAs, тройные GaAsP и двойные GaP. Аббревиатуры, соответственно, означают алюминий-галлий-мышьяк, галлий-мышьяк-фосфор и галлий-фосфор. AlGaAs светят жёлтым и оранжевым в пределах видимого спектра, GaAsP- красным и жёло-зелёным, а GaP – зелёным и оранжевым.

По типу корпуса представленные в широком применении светодиодные светильники сейчас делятся на:

  • DIP. Это старый форм-фактор из линзы, пары контактов и кристалла. Такие светодиоды применяются в световых табло и игрушках для подсветки;
  • «Пиранья» или Superflux. Это доработанная модель DIP, которая имеет не два, а четыре контакта. Выделяет меньше тепловой энергии и, соответственно, меньше греется. Сейчас применяется в автомобильной подсветке;
  • SMD. Самая популярная технология на современном рынке LED-светильников. Это универсальный чип, монтаж которого был произведён непосредственно на плате. Используется в большинстве источников света, осветительных линий, лент и т.п;
  • COB. Это результат совершенствования технологии SMD. У таких светодиодов есть несколько чипов, монтированных на одной плате на алюминиевом или керамическом основании.

Технические характеристики и их зависимость друг от друга

Основными функциональными и эксплуатационными параметрами светодиодных светильников являются:

  • интенсивность светового потока (яркость);
  • рабочее напряжение;
  • сила тока;
  • цветовая характеристика;
  • длина волны.

Светодиодное напряжение и яркость выступают прямо пропорциональными величинами – чем выше одна, тем выше другая. Но это не напряжение питающего тока, а величина падения напряжения на приборе. Кроме того, от напряжения зависит и цвет светодиода. Таким образом, между собой связаны яркость, длина волны, напряжение и цвет светодиода, а их соотношение представлено в следующей таблице.

Цвет

Длина волны

Напряжение

Цвет свечения светодиодного элемента зависит от длины волны, которая измеряется в нанометрах. Для изменения цвета свечения в материал полупроводника на этапе производства добавляются активные вещества:

  • полупроводники обрабатываются аллюминий-индий-галлием (AlInGaP) для получения красного цвета;
  • оттенки зелёного и сине-голубого спектра получаются с использованием индий-нитрида галлия (InGaN);
  • для получения белого свечения на базе синего светодиода его кристалл покрывают люминофором, который преобразует синий спектр в красный и жёлтый свет;
  • для фиолетового свечения применяется индий-галлия нитрид;
  • для оранжевого – галлия фосфид-арсенид;
  • для синего – селенид цинка, карбид кремния или индий-галлия нитрид.

Аналогично методу получения белого свечения можно использовать люминофоры разных цветов для получения дополнительных оттенков. Так, красный люминофор позволяет выпускать розовые и пурпурные светодиоды, а зелёный – салатных оттенков. В обоих случаях люминофор наносит на основу в виде синего светодиода.

Преимущества

Особенности того, как работает светодиод, дали ему несколько важных эксплуатационных и функциональных достоинств перед другими видами преобразователей электрической энергии в световую:

  • современные светодиоды не уступают по параметрам светоотдачи металлогалогенным и натриевым газоразрядным лампам;
  • конструкция практически полностью исключает выход из строя каких-либо компонентов из-за вибрации и механических повреждений;
  • LED-светильники малоинерционные, то есть моментально достигают полной яркости после включения;
  • современный ассортимент позволяет выбирать модели со спектром от 2700 до 6500 K;
  • внушительный рабочий ресурс – до 100 000 часов;
  • ценовая доступность индикаторных светодиодов;
  • светодиодное освещение, как правило, не требует большого напряжения и сохраняет пожарную безопасность,;
  • температуры ниже 0˚С почти не сказываются на работоспособности устройств;
  • строение светодиода не предусматривает использование фосфора, ртути, других опасных веществ или ультрафиолетового излучения.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: