Во-первых, развенчаю миф о стоимости элементов Пельтье. Купить их можно от 100р за штуку. Я брал тут:
TEC1-12706
Не буду рассказывать, что такое элемент Пельтье, всю теорию можно найти в сети. Остановлюсь на неочевидных для новичка деталей, которые помогут избежать порчи адаптеров питания и самих элементов.
Для примера возьмет один из наиболее распространенных: TEC1-12706.
Для расчетов нам понадобятся:
1. Даташит:
http://www.hebeiltd.com.cn/peltier.datasheet/TEC1-12706.pdf;
2. Закон Ома: U=I*R;
3. Эффект Пельтье: Q=П*I - Количество тепла, выделенного элементом Пельтье. В нашем случае П=10 (около того, судя по графикам документации). Единица измерения Q - Ватт.
4. dt=2U+40. Достигаемая разница температур холодной и горячей стороны. Примерная формула, исходя из графиков документации.
5. Закон Джоуля-Ленца: P=I*U. Собственно помимо тепла, переносимого с одной стороны на другую из п.3, выделяется еще тепло - побочный продукт работы элемента.
Из даташита сопротивление устройства 2-2.3Ом. В нашем случае температура горячей стороны будет ближе к 50, а это значит, что расчеты стоит вести для R=2.3Ом, а то и более.
Важно! Для того, чтобы адаптер питания не вышел из строя, необходимо учитывать, что сила тока при номинальном напряжении не выходит за его пределы. Например, у нас есть адаптер 12v, для нормальной работы элемента Пельтье потребуется I=U/R=12/2,3=5,2A. Это значит, что если на адаптере указана сила тока меньше расчетной, то это может привести к выходу его из строя.
Далее все рассуждения будут строиться на том, что мы не ограничиваем модуль по силе тока.
Максимально допустимая температура - 138 градусов. Это температура плавления припоя, т.е. критическая. Длительный нагрев выше 80 градусов приведет к постепенному разрушению полупроводников и как следствие к потере мощьности.
Нагрев.
Самое простое, использовать модуль Пельтье для обогрева.
1. Если система замкнута, т.е. полностью находится в террариуме, то количество выделенного тепла будет рассчитано по Закону Д-Л. Тепловой насос будет разве что переносить часть тепла из холодного угла в теплый (т.е. тепло из формулы п.3 сократиться).
Пример. Если нам необходим обогрев мощностью 15W, то нам необходимо запитать элемент напряжением U=SQRT(P*R)=6V (немногим менее 6v) (SQRT - корень квадратный. Лень формулы оформлять...)
В данном случае элемент Пельтье выполняет функцию резистора и полностью подчиняется рассуждениям из предыдущей статьи.
2. Если холодная часть находится вне террариума, тепло, попадающее в террариум теоретически будет равно P/2+Q (т.е. половина тепла по закону Д-Л уйдет на холодную сторону).
Например, при том же напряжении получаем около 30W.
Примечание.Важно отметить, что в данном случае теория будет тем ближе к практике, чем лучше будет организован тепло/холодо отвод.
Важно. Если нам не удастся отводить выделяемое тепло, то температура теплой стороны будет постоянно увеличиваться, что приведет к перегреву элемента Пельтье. Формула п.4 поможет представить температуру горячей стороны, приложив руку к холодной.
К примеру мы используем питание 12V. Количество тепла, которое будет выделяться с теплой стороны - около 80W. Для сравнения: штатный активный процессорный кулер помогает процессору рассеять около 50-70W.
На фото приспособление, которое когда-то использовалось для нижнего обогрева. Два слоя алюминия 300*50*1мм+300*40*1мм с трудом справляются с отводом тепла при напряжении 6v.
Охлаждение.
Из п.1 Нагрева ясно, что замкнутую систему охлаждения сделать не удастся. Поэтому в случае решения задачи понижения температуры необходимо позаботиться об отводе лишнего тепла.
В теории количество выделенного холода будет P/2-Q (холод за разницей половины выделенного тепла по закону Д-Л). При напряжении 6v: -17W.
Примечание. Идеальных (теоретических) значений конечно же не удастся достичь из-за сложностей связанных с теплоотводом.
На фото опыт с каплей воды. Напряжение 12v. Капля успевает замерзнуть, но на долго включенного кулера не хватает, и охлаждение теряет эффективность:
Попробуем рассчитать, при каком напряжении можно добиться оптимального охлаждения. Т.е. решим задачу: P/2-Q -> min. При условии, что U находится в допустимом промежутке [0v, 16v]
Выразим левую часть через U: U*U/(2*2.3)-10*U/2.3 -> min.
Найдем производную и приравняем ее к нулю, получим U = 10v.
Плюсы элемента Пельтье очевидны.
Что можно отметить из не очевидных минусов с которыми пришлось столкнуться:
1. При необходимости определенной мощности обогрева требуется подбирать вольтаж адаптера питания (а между стандартными 5v и 12v достаточно большой пробел). Иначе необходим специальный регулятор.
2. Попытка менять мощность с помощью широтно-имульсной модуляции приводит к тому что модуль начинает "петь" - издает высокочастотный писк, причем на пару с адаптером. Поэтому в данной связке необходимо стабилизировать напряжение, что не удобно.
Выводы:
1. С помощью элемента Пельтье можно организовать эффективную систему обогрева с КПД больше 100%. Но делать обогреватель из модуля - это как из пушки по воробьям.
2. Система охлаждения сопряжена с массой трудностей, а ее КПД при этом стремится к Нулю. Но как не парадоксально, именно это направление оправдывает применение модуля, из-за отсутствия альтернатив.
PS. Мною был испорчен 1 адаптер питания, 1 модуль Пельтье, и еще 1 перегрет. Только после этого я заглянул в документацию и ознакомился с мат частью. Поэтому, если кто-то собирается экспериментировать, не поленитесь ознакомиться с теорией. Это поможет Вам избежать разочарования и быстрее разработать эффективное устройство.
Изменено 3-4-2012 автор CiberRus 
Загружаю форму....
