Охлаждение парника на элементе Пельтье

Обсуждаем вещи, детали, технические и конструкторские решения, которые делают возможным либо облегчают гров на всех его этапах
mrzimm
Posts: 14
Joined: Sat Oct 16, 2021 6:58 am

Охлаждение парника на элементе Пельтье

Post by mrzimm »

Сразу оговорюсь, что данная конфигурация работает лучше всего, но она избыточна.
Можно сделать гораздо проще и с меньшими затратами.
Я собрал ее в виду того, что у меня было достаточно комплектующих.

Что собой представляет элемент Пельтье можно подробно почитать на википедии по этой ссылке

Объясню вкратце суть простым языком.
При подаче тока на элемент Пельтье он начинает перемещать тепло с одной стороны на другую.
На одной стороне получается эффект охлаждения, а на другой - нагрев.
На теплой стороне идет выделение тепла от переданной электрической мощности + от перенесенной мощности.

✅ Из преимуществ элементов Пельтье - низкая стоимость, отсутствие механических/изнашиваемых частей
🛑 Из недостатков - низкий кпд
Они получили распространение в автомобильных и небольших холодильниках, но они как правило весьма посредственного исполнения.

Теперь непосредственно по данной схеме:
diagr.png
В качестве элемента Пельтье использую элемент TEC-12710 - работает от 12В. Ток потребления около 7-8А (он может плавать в зависимости от режима работы).

На что стоит обратить внимание!
⛔️ Не перегружайте элемент - кпд сильно упадет.
⛔️ Не используйте ШИМ (PWM) регуляторы для питания - элемент очень не любит пульсации.
✅ Используйте линейный стабилизатор или хотя бы добавьте простенький LC фильтр на выход.
⛔️ Не включайте элемент более чем на 1-2 секунды без радиатора. Ведь нагрев очень сильный, можно убить элемент.

Элемент зажат между 2-мя дешевыми водоблоками:
block.jpg

Получается такой бутерброд: водоблок-элемент-водоблок
Один водоблок для охлаждения элемента, второй для охлаждения холодящего контура.
Жидкость в обоих контурах качают дешевые 12В китайские помпы, их более чем достаточно.

Если есть возожность, то в оба контура можно добавить буферную емкость по типу такой
image_2021-11-03_105539.png
Она облегчит наполнение контуров. Любое завоздушивание в трубках будет оставаться в ней. Без нее можно обойтись и просто вставить в магистраль тройник и заправлять через него.

В качестве радиатора охлаждения я использую 3-х секционный радиатор под вентиляторы 120 мм .
Как альтернативу можно взять радиатор печки от строго авто (только не забиты естественно!)

В качестве охлаждающего контура у меня силиконовые трубки в утеплителе + медная трубка.
Медь очень опциональная. Если просто использовать в парнике длинный силиконовый шланг, то этого тоже будет вполне достаточно.

🔴 ВАЖНО! В холодный контур желательно заливать не воду, а красный антифриз. Его можно купить готовый в любом авто магазине или на заправке.
Если тепловая нагрузка по каким то причинам будет низкая (например укутали холодных контрур в теплоизолятор аля в одеяло) или будет достаточно холодно снаружи - система может опустить температуру хладагента ниже 0°.
Красный антифриз может до -40°, он легко справиться с таким.

❇️ Почему водяные контура - элемент пельтье создает разницу температур между сторонами? При этом, чем больше разница температур, тем меньше переносимая тепловая мощность и меньше кпд?
Жидкостное охлаждение наиболее эффективно в плане переноса тепла. Так горячую сторону я могу поддерживать максимально близкой к температуре окружающей среды. А на холодном контуре максимально эффективно доставлять тепло к элементу. Тем самым давая возможность элементу работать более эффективно и выдать более низкую температуру.

❇️ Чем еще хороша подобная схема?
Элемент пельтье работает в обе стороны, т.е. сменив полярность на элементе можно не охлаждать, а уже нагревать парник.
В перспективе, если добавить пару реле переключения, ардуину, датчик bme280 и дисплей то можно автоматизировать поддержание +/- стабильной температуры (а-ля +/- 2°С)

❇️ Можно собрать подобную схему гораздо проще!
Вместо горячего водяного контура использовать массивный радиатор с вентиляторами, на котором будет непосредственно элемент пельтье. Это будет работать почти так же хорошо, но будет существенно дешевле.

❇️ Можно сделать еще дешевле
Использовать обычные радиаторы с обоих сторон и поставить такой блок прямо на парник (в центре бутерброда добавить изоляцию между радиаторами).
Такие блоки даже есть готовые. Правда размер установленных радиаторов на них очень печалит.
Такой вариант мне кажется не желательным, так как на холодном радиаторе придется тоже поставить кулер, а это будет создавать избыточные сквозняки в парнике, что не желательно в процессе гровинга грибов.


Из доступных мне деталей я на скорую руку собрал тестовый аппарат, без корпуса и креплений
image_2021-11-03_105600.png

Медный охлаждающий контур я просто положил на парник (парник стоит в боксе из пенофола и накрыт вместе с контуром пенофолом)
image_2021-11-03_105619.png

А все остальное поставил на полку рядом
image_2021-11-03_105639.png

В таком виде протестировал систему и она смогла понизить температуру на 5°С.
Неплохо, но хотелось бы больше!


Решил подойти более основательно и собрать бокс из пенополистирола (10 мм) с крышкой. В нем пустить медный охлаждающий контур, а комплектующие разместить на боку.
image_2021-11-03_105723.png

Бокс с крышкой из того же пенополистирола
image_2021-11-03_110021.png

Внутри поместился мой парник + рядом длинный цветочный горшок. В него удобно ставить банки с зерном для зарастания или пакеты с мицелием
image_2021-11-03_105811.png

Радиатор и все остальные компоненты разместил на полочке сбоку бокса
image_2021-11-03_105907.png

Трубки холодного (внутреннего контура) дополнительно закрыл изоляцией для труб
image_2021-11-03_105918.png

Ну и заселил свой парник :)
image_2021-11-03_105941.png

⚙️ Тестирование бокса
Система охладила бокс с 30°С внешнего до 21.5°С (22°С в парнике). На этом снижение температуры почти остановилось.
По результату нескольких циклов работы максимальная разница температур составила до 10°С.
После выключения температура поднялась на 2°С за час.

✅ У такой системы есть еще забавный плюс.
Если поменять полярность на элементе, то система будет греть бокс и охлаждать внешний радиатор.
Т.е. она может работать и на нагрев и на охлаждение. А значит можно легко организовать зимнюю и летнюю культивацию любых сортов грибов.

📋 ИТОГО
С такой системой возможно добиться понижения температуры парника на 10°С.
Нагрев я не тестировал. По тому, что прикидывал возможно повысить температуру на 15-20°С.

В дальнейшем хочу добавить к этой системе автоматику, которая будет поддерживать заданную постоянную температуру в боксе.
Но это пока только в проекте...

В следующей публикации я сделал список комплектующих, возможные конфигурации и расчеты бюджета на организацию такой системы ⬇️
mrzimm
Posts: 14
Joined: Sat Oct 16, 2021 6:58 am

Re: Охлаждение парника на элементе пельтье

Post by mrzimm »

Подробнее по деталям, ценам и возможным конфигурациям

По энергопотреблению такая конструкция потребляет около 100-120 вт, как старая лампа накаливания.
Это для модуля 12710, он на 10 ампер при напряжении 15В (поднимать до такого напряжения смысла нет, КПД будет низкий). По факту он есть около 7-8 ампер + вентиляторы помпы.

По общей сумме довольно сложно рассчитать точно, поэтому я предложу несколько вариантов своих расчетов.
Если у вас совсем ничего нету из комплектующих, то делать с нуля будет дорого. А если есть хоть какой-то набор комплектух (хотя бы тот же блок питания) уже будет гораздо веселее.

Необходимый набор комплектующих

⚙️ Модуль TEC1-12710. Стоит порядка 6$. Качественный около 16$, но там отличается только количество циклов включения/выключения, т.е. срок службы выше, но хз стоит ли оно того). За 6$ тоже отлично работает.

⚙️ Дешевые водоблоки. 40*40 - их более чем достаточно. Единственный момент: там есть фрезерованная сторона и П-образная сторона, лучше сажать модуль на фрезерованную. Цена тоже около 6$.

⚙️ Помпы. Чуть дороже, около 8$ (у китайцев можно найти чуть ли не за 4$, но хз).

⚙️ Радиатор. Как у меня - довольно дорогая деталь, около 20$. Если брать у китайцев, то меньше 3-х секций брать не рекомендую.
Вместо него подойдет старый радиатор печки от авто. Главное, чтоб не забитый (на него станет 2 вентилятора).

⚙️ Вентиляторы. Брал самые дешевые по 2.6$ у китайцев. Вполне хватает! Тут можно использовать любые, которые вы сможете приколхозить к радиатору.
Важный момент! Вентиляторы лучше ставить на выдув из радиатора - так получается немного эффективнее.

⚙️ Буферная емкость. Облегчает заправку контура + по ней хорошо видно что помпа качает. Но довольно дорого. Стоит около 6$ у китайцев. Как альтернативный вариант можно обойтись латунным тройником, обойдется меньше 1$.

⚙️ Силиконовая трубка. Я брал мягкую силиконовую 8*10 (мутную). Стоимость около $2 за метр. На горячую сторону одного метра будет более чем достаточно. На холодную сторону смотрите на глаз.

⚙️ Медная трубка. Естественно дорого. Я брал с внешним диаметром 8 мм. Брал давно, поэтому ценник уже не помню. Она полностью опциональная! Силиконовый шланг в такой системе будет забирать тепло не сильно хуже. Так что можно просто кинуть контур силиконовым шлангом. Только смотрите, чтобы на перегибах не заламывался! Заодно, если холодит выдру слишком сильно, то можно убрать несколько витков из парника просто чтобы лежали во вне.

⚙️ Блок питания. Нужен с запасом, 150-180 вт (это где-то 12В, 15А). Тоже довольно дорогой компонент. Разброс по ценам довольно большой - аж 10-25$. Тут хорошо, если он уже есть у в наличии. Подойдет БП от компьютера, если завалялся. Как его вчелючить легко нагуглить. Либо любой другой, который выдаст 12В и не менее 10-12А. В моем случае стоит доставшийся мне от знакомого серверный блок питания - 12В и 70А (да- да, лютый перегиб).

⚙️ Желательно добавить LC фильтр. Это может продлить жизнь элементу. Но это опционально, так как на такой ток их сложно найти. Я изготовил самостоятельно: намотал на ферритовом сердечнике по 5 витков толстого провода + 2 конденсатора.
Simple LC Low Pass Filter Circuit Design & Calculations » Electronics Notes

Чем больше у вас есть из вышеописанного, тем естественно дешевле.

❇️ Полный вариант «с нуля»
  • модуль - 6$
  • водоблоки - 2*6$
  • помпы - 2*8$
  • радиатор - 20$
  • кулеры - 3*2.6$
  • буферные емкости - 2*10$
  • трубка (только силикон 5м) - 10$
  • блок питания - 20$
💰 ИТОГО 121.8$ - это если у вас совсем ничего нету из комплектующих


❇️ Полный вариант в более бюджетном исполнении
  • модуль - 6$
  • водоблоки - 2*6$
  • помпы - 2*8$
  • радиатор печки - 10$
  • кулеры - 2*2.6$
  • тройники - 2*1$
  • трубка (3м) - 6$
  • блок питания - есть/одолжил/нашел
💰 ИТОГО 57.2$


❇️ Половинчатый вариант (горячая сторона просто на радиаторе, холодная на охлаждающей жидкости)
Думаю такой вариант актуален только если уже есть приличный размеров радиатор. Иначе такой радиатор будет тоже стоить ощутимых денег, а работать будет немного хуже водянки.
  • модуль - 6$
  • водоблок - 6$
  • помпа - 8$
  • кулеры - 2*2.6$
  • тройник - 1$
  • трубка (3м) - 6$
  • блок питания - есть/одолжил/нашел
  • большой алюминиевый радиатор - есть/одолжил/нашел
💰 ИТОГО 32.2$

Ну и дальше чем больше есть, тем дешевле )
Надеюсь мой опыт вам пригодится и вы сможете растить грибы в любое время года.
Благодарю за внимание, всем добра!
Post Reply