![]() | ||||||||||
Inleiding | ||||||||||
In de loop van de tijd zijn er verschillende manieren geweest om je PC te koelen. 1 van de populairste methodes op dit moment voor de mensen die wat extremere koeling willen is het koelen van de PC door middel van waterkoeling. Wat veel mensen niet weten is dat er een eenvoudige manier is om je waterkoeling een stuk efficiënter te laten werken. Deze manier is het koelen met een peltier oftewel een TEC. TEC staat voor Thermo Electric Cooler. In de rest van deze FAQ zullen we het hebben over een TEC. Als je dit ziet staan dan bedoelen we dus een Peltier. In de loop van dit verhaal zul je een heleboel verschillende dingen tegenkomen die te maken hebben met het gebruik van een peltier. Van het uitrekenen van de grootte van een peltier tot de isolatie en van de voeding tot de temperatuurverschillen. | ||||||||||
Hoe het allemaal is ontstaan | ||||||||||
Een peltier werkt met het peltier effect wat ontdekt is in 1834, wat inhoud dat als er een gelijkstroom op twee niet gelijke stoffen wordt gezet (negatief en positief geladen materiaal) er een tempratuur verschil optreedt. Het peltier effect is 1 van de 3 thermo-elektrische effecten, de andere twee zijn bekend als het Seebeck effect en het Thomson effect. Waarbij de laatste twee effecten als 1 geleider voorkomen. De drie effecten hebben een vrij eenvoudige relatie met elkaar. Het peltier effect houdt in dat als er een stroom ter grootte van I over een aaneenschakeling van twee geleiders A en B wordt gezet met een peltier coëfficiënt IIa en IIb produceert dat een hitte van: code:
Waar W staat voor zowel een negatieve als een positieve stroom. Een negatieve stroom geeft koeling terwijl een positieve een verwarming geeft. Het peltier effect ontstaat door het feit dat een elektrische stroom is vergezeld van een bepaalde warmte in een geleider zelfs als deze een constante tempratuur heeft. De grote van deze warmte is gegeven door: code:
De peltier warmte is de balans van de warmte die zowel van als naar het oppervlak loopt. De warmte ontwikkeling gevonden bij een elektrische stroom is verklaard door de verschillende stroom snelheden van de elektronen die de elektrische stroom geleiden. De stroom snelheid hangt af van de energie van de geleidende elektronen. Voorbeeld: Als de stroom snelheid van elektronen met een energie boven het chemische potentieel (Fermi Energie) groter is dan voor de elektronen met een lagere energie, de elektrische energie is vergezeld door een hitte ontwikkeling in de tegenovergestelde richting (Omdat de elektronische lading negatief is!). In dit geval is de peltier coëfficiënt negatief. Dezelfde situatie ontstaat voor een negatiefgeladen halfgeleider, waarin de elektrische stroom gedragen wordt door elektronen in geleidestatus. Het Seebeck en Peltier coëfficiënt Q en II geven de volgende relatie: code:
De standaard TEC is gemaakt door 2 keramische plaatjes met een serie Positief en Negatief geladen pilaartjes tussen hen in. De keramische plaatjes aan beide zijden geven de TEC stevigheid en zorgt voor elektrische isolatie. Het negatieve materiaal heeft een overschot aan elektronen, het positieve materiaal heeft echter een tekort aan elektronen. 1 P en 1 N geeft een koppel. Zie figuur 1. ![]() fig. 1 - 1 koppel in een TEC Een TEC heeft dit soort koppels in serie staan wat betreft de stroom en wat betreft warmte afgifte natuurlijk allemaal parallel Een TEC kan bestaan uit 1 tot vele honderden van dit soort koppels. Als de elektronen van het P materiaal naar het N materiaal gaan dan krijgen ze een hogere energie waarde waardoor ze thermische (warmte) energie absorberen (koude kant). Als ze daarna weer van het N materiaal naar het P materiaal gaan komen ze in een lagere energie waarde waardoor ze thermische energie vrijgeven (warme kant). Een TEC kan gebruikt worden om zowel te koelen als te verwarmen maar bij een computer zijn we vooral geïnteresseerd in het koelen. Let er dus goed op dat je de peltier op de juiste wijze gebruikt anders verwarmt hij je processor! | ||||||||||
Rekenen aan een peltier | ||||||||||
Nu we weten wat een peltier is wordt het hoog tijd om te kijken wat voor peltier we nodig hebben. We zullen kijken waarom sommige peltiers wel in je systeem kunnen en waarom andere niet. Een peltier kan b.v. 226 watt zijn terwijl je CPU een watt of 60 is. Dan wordt de totale warmte die je heatsink af moet voeren dus 364.8 + 60 = 424.8 Watt. Zoals je ziet tellen we de warmte ontwikkeling van de CPU bij de Peltier op dus de formule om uit te rekenen wat een heatsink aan warmte af moet kunnen voeren is: code:
Waarbij: Qh = Warmte Heatsink Qc = Warmte CPU onder welke manier je ook bedenkt (als je overklokt ook dat wattage geven!) Qp = Warmte Peltier De TEC's gegevens zijn gegeven door de fabrikant en bestaan meestal uit 4 dingen (Qmax, Vmax, Imax en Tmax). Qmax is het maximale wattage dat een peltier kan verplaatsen van de koude naar de warme kant ervan uitgaande dat de peltier met een efficiëntie van 100% werkt. Vmax is het meest efficiënte voltage volgens de fabrikant (meestal ligt dat iets lager, bij 15 V Vmax is b.v. 12-14 volt beter) Imax is het meest efficiënte amperage wat de TEC kan hebben. Tmax is het meest efficiënte tempratuur verschil tussen de warme en koude kant van de peltier als deze niet belast is. Elke peltier heeft voor deze dingen z'n eigen waardes en deze worden eigenlijk altijd wel door de fabrikant of leverancier gegeven. Laten we ervan uitgaan als voorbeeld dat we een peltier hebben die een wattage van 226.1 watt vermogen heeft bij een voltage van 15.2 volt met 24 ampère en een tempratuur verschil van 67 graden kan geven. We kunnen de relaties als volgt weergeven: code:
Waarbij: Th = De peltier z'n warme kant tempratuur (dit is een van de meest kritiekste punten mbt. het koel systeem van een peltier) Tamb = De gemiddelde tempratuur in je systeem kast C/W = Heatsink efficiëntie (Aantal graden/Watt) Qh = De totale load op de Heatsink(watt) Pin = Peltier stroom toevoer (watt) Qc = CPU warmte load (Watt) dT = Totaal tempratuur verschil tussen de peltiers warme en koude kant Tc = De tempratuur van de koude kant van de peltier. Laten we ervan uitgaan dat de kast tempratuur 20 graden is, Pin is (Ampère * Volt = 24 * 15.2 = )364.8 Watt, Qc = 60 watt en de heatsink efficiënt is 0.5 C/W. Als we nu al deze gegevens invullen in onze Th formule krijgen we het volgende: code:
Als je naar de gegevens hierboven kijkt zou een peltier dus 232,4 Graden worden. Het wordt zo heet omdat de peltier geen mogelijkheid heeft om de totale warmte van de peltier + CPU kwijt te kunnen (Dit is namelijk met een luchtkoelertje erop (voor een luchtkoelertje kan je vrijwel altijd 0.5 C/W nemen, van waterkoeling weet ik dat niet precies). Deze gegevens zijn belangrijk omdat elke peltier een "performance curve" heeft dat geeft aan wat we kunnen verwachten van de koude kant van de TEC zal zijn onder verschillende heatsink tempraturen, voltages en ampères. Als je zo'n tabel afleest geeft dat de meest koude tempratuur aan die mogelijk is binnen de door jouw gestelde parameters. Om nu te kunnen kijken wat het tempratuur verschil zou zijn tussen de warme en koude kant van de peltier kan je de volgende formule gebruiken: code:
Dus als we een peltier hebben van 226 watt en een cpu wattage van 60 watt en een maximaal tempratuur verschil van 67 graden wordt dat: code:
Zoals je dus ziet moet je een goede heatsink hebben om alle warmte af te voeren. Een luchtkoeling is dus echt niet voldoende. Wat de grote merken en fabrikanten ook beweren een luchtgekoelde heatsink met een peltier zal nooit zo goed koelen als een waterkoeling en soms zelfs slechter als een luchtkoeling zonder peltier. | ||||||||||
De voeding van een TEC | ||||||||||
Nu we weten welke TEC we nodig hebben moeten we gaan kijken naar hoe deze gevoed moet gaan worden. Zoals we in het voorbeeld hierboven al zagen is het bijna niet te doen om een TEC te gaan voeden met de voeding uit onze computer. Deze levert A. Niet genoeg Ampère en B. Niet genoeg voltage om de TEC goed te kunnen laten functioneren. Er zijn twee mogelijkheden om onze TEC toch goed te kunnen voeden: - Een speciale (Meestal dure voeding kopen) - Zelf een voeding bouwen. Om zelf een voeding te bouwen heeft DaBit op zijn site een zeer mooie beschrijving gemaakt. Omdat dit echter in het engels is zal ik heel in het kort een aantal dingen proberen hier te verduidelijken maar voor de details wil ik je toch naar zijn site verwijzen wat hierna staat is dus ook grotendeels gewoon naar het Nederlands vertaald vanaf zijn site dus alle credit naar DaBit. Als je naar het schema kijkt dan zie je een aantal dingen staan. Deze zijn een Fuse (zekering) een Transformer (transformator) een Bridge rectifier (gelijkrichter) en een capacitor (condensator). De zekering is alleen maar voor beveiliging. Het exacte type wordt geleverd bij de Transformator en deze moet aangehouden worden omdat er anders brand kan ontstaan. De uitgang van de transformator zit gekoppeld aan een gelijkrichter zodat de wisselspanning die uit de transformator komt omgezet wordt naar een gelijkstroom. Daarna zit er een condensator die de fluctuaties in de spanning recht trekt zodat er een mooi stabiele voeding voor de TEC ontstaat. Hoe groot alle onderdelen moeten worden staat heel duidelijk aangegeven op de site met berekeningen. Ik ga dat niet hier vertellen omdat ik dan al DaBit zijn werk overnieuw ga zitten doen in een andere taal terwijl iedereen eigenlijk wel een beetje engels kent. Ook is het zo dat er een aantal standaard voedingen in omloop zijn die eigenlijk niet voldoende zijn voor een peltier maar daar wel speciaal voor worden verkocht (bepaalde type's meanwell voedingen) deze passen wel mooi in een 3 1/2" bay maar zijn eigenlijk net niet afdoende om je peltier van voldoende volt en ampere te voorzien. Let dus op dat als je een voeding koopt deze van voldoende vermogen is om je peltier ook echt goed te kunnen voeden. | ||||||||||
De TEC in ons systeem inbouwen | ||||||||||
Nu we een werkende TEC van de juiste grootte hebben gemaakt gaan we door naar het volgende, namelijk het inbouwen van een peltier. Dit is uitgebreid beschreven door mij in een eerder topic te weten: Het inbouwen van een Peltier -> ervaring en mini FAQ hier staan vooral veel foto's ed. in van hoe het er in het echt uit ziet voor de mensen die hierin geïnteresseerd zijn. De rest zal ik ook hier gaan bespreken: Als je een systeem voor je neemt heb je als eerste de socket waar de processor in valt, hier overheen komt een coldplate, daaroverheen de peltier en dan als laatste een goede waterkoeling. Dit zal er dus ongeveer als in figuur 2 uitzien ![]() Fig. 2 - Een volgorde van onderdelen bij een peltier Nu zie ik opeens een coldplate staan! Wat is dat voor iets?? Dat hadden we nog niet besproken.. Nou, eigenlijk is dat heel erg simpel, een coldplate is er speciaal voor gemaakt dat de warmte die de CPU genereert gespreid wordt over de hele coldplate zodat de peltier (die groter is als de core van je CPU) deze plaat in z'n geheel kan koelen. Zo gaat er dus geen warmte verloren doordat er maar een heel klein oppervlak gekoeld kan worden maar kan dus het hele oppervlak van de TEC ook effectief gebruikt worden om de CPU te koelen. Oké nu we gehad hebben hoe het allemaal precies gemonteerd moet gaan worden een stukje over isoleren. Dit is ook weer iets wat heel nauwkeurig moet gebeuren omdat je systeem niet tegen water kan. Wat er gebeurt is dat de TEC koud wordt aan de onderkant (onder 0 ) dan kan er dus condens ontstaan en da's niet zo fijn voor de onderdelen van je computer als deze met dat condens in aanraking komen. Een manier die ik nog steeds met succes toepas is de volgende: 1. De processor uit de socket halen 2. De holte in de socket opvullen met Zuurvrije Vaseline (Ja, heren tweakers... Dat spul ja ) Dat moet er dus ook echt opstaan.. Zuurvrij! 3. De gaten van de socket Waar de pinnen van de processor in vallen opvullen met vaseline -> Maar vaseline isoleert toch?? Jah.. maar de socket schuift straks waardoor er wel goed contact gemaakt wordt.. Geloof me! 4. De processor weer terug in de socket 5. Weer met de vaseline aan de slag.. Nu alles opvullen totdat de vaseline tot de bovenkant van de core zit... 6. De coldplate en de waterkoeling erop... 7. Nu het tricky gedeelte.. Om de processor en de coldplate en aan de achter kant waar de socket zit moet het geïsoleerd gaan worden. Dat wordt dus Crea met Piepschuim, PurSchuim of als je een kant en klaar setje koopt en daar zit zoals bij de Swiftech isolatie materiaal bij dat erop plakken... 8. Gefeliciteerd.. Uw systeem is nu geïsoleerd.. En nu als de donder verder met het inbouwen van dat moederbord! ![]() Fig. 3 - Een met Vaseline gevulde socket zou er ongeveer zo uitzien ![]() Fig. 4 - Een heatsink met isolatie en peltier Op de foto hierboven is de heatsink van mij te zien met de isolatie er omheen. De isolatie is neopreen en is in een vorm gesneden zodat deze om de peltier heen valt zodat er geen condens kan ontstaan. Als je nog verder wil gaan met de isolatie van je computer dan kan je het moederbord eventueel nog inspuiten met blanke lak of al je componenten beplakken met kurk. Deze methoden worden uitgebreid besproken op de volgende sites: http://www.octools.com/in...ticles/howto2/howto2.html http://www.octools.com/in...t_condensation/intro.html http://www.octools.com/in...s/condensation/howto.html Zoals je zult zien zijn deze allemaal voor wat oudere systemen maar de isolatie methoden zijn precies hetzelfde gebleven dus ook voor onze toepassingen nog uitermate geschikt. Nog maar even ten overvloede dan nog het volgende: Let erop dat je waterkoeling echt uitermate goed werkt. Het is al bij een aantal users van GoT en van andere OC-Sites voorgekomen dat het hele systeem met een peltier veel maar dan ook echt heel veel te heet werdt waardoor uiteindelijk zelfs de solderingen van de peltier los gingen, er kortsluiting ontstond, daardoor de peltier eigenlijk ging verwarmen naar beide kanten en daardoor ook de CPU en het moederbord dood gingen Oké een computer koelen leuk maar kan ik nog meer met een peltier? - Een waterchiller o.i.d Tuurlijk kan je met een peltier nog veel meer als alleen maar een computer koelen. Een peltier wordt in de industrie heel veel gebruikt om dingen op een constante tempratuur te houden omdat je iets zowel kan verwarmen als afkoelen met 1 peltier alleen maar door simpel de polariteit om te draaien. Een idee wat hier op GoT al een paar keer geopperd is is het maken van een waterchiller met een peltier... Eigenlijk is dit uitermate in-effecient omdat je twee apparte waterlussen nodig hebt. Heb je dus ook twee pompen nodig. Verder is het zo dat het water niet echt makkelijk af te koelen is. Wat je dus zal moeten doen is een tweetal waterkoelingsblokjes maken en deze weer door een waterblokje laten lopen wat koelt. niet echt handig dus (groot) ![]() Fig. 5 - Een professioneel waterchillertje van swiftech Zoals je hier kunt zien worden er twee peltiers gebruikt. Deze zijn volgens de site van tweakstore 226 watt per stuk (364.8 watt warmte afgifte per stuk) * 2 = 729.6 watt warmte afgifte. Dit moet dan weer afgevoerd worden door een radiator die dat aankan (ook geen kleintje). Als je dan verder kijkt naar wat hij het water afkoelt dan zie je dat hij het water maar 4 graden boven een kamer tempratuur kan afkoelen bij een kamertempratuur van 25 graden en een watertempratuur van het warme water van 35 graden, het water werdt dus 6 graden afgekoeld! niet echt veel. | ||||||||||
Bronnen: | ||||||||||
http://www.electronics-co...ticles/SEP96/sep96_04.htm http://www.overclockers.com/tips45/ http://www.uni-konstanz.d...rs/thermopower/node2.html http://www.ferrotec.com/usa/thermoelectric/overview.htm | ||||||||||
credit: | ||||||||||
Voor deze faq heb ik een aantal dingen van een heleboel sites overgenomen, herschreven, omgezet naar onze toepassing en nog veel meer. Ik wil vooral overclockers.com bedanken voor de info die zij hebben gegeven over peltiers en ferrotec.com over hun heel erg duidelijke site. Ook wil ik ff alle users die tot nu toe feed-back gegeven hebben heel erg bedanken en dan met name Twynn, Serenity, Hielko en Unknown_road Vooral ook Shunt voor de mooie lay-out met de tabellen waar ik zelf te lui voor was! Als iemand nog meer informatie zoekt over peltiers is de site van ferrotec een uitermate geschikte start pagina. Op deze pagina wordt vooral over de technische kant van peltiers nog veel dieper ingegaan als dat ik hier kon doen, vooral over de betrouwbaarheid enzo (is gewoon goed komt er uiteindelijk uit Hopend dat een aantal mensen hiermee geholpen worden! | ||||||||||
![]() |
[ Voor 255% gewijzigd door Apen-nootjes op 31-12-2004 13:39 ]
SmartDoDo: Ach, afhankelijk van je smaak kan het best een lekker geil ding zijn :P
You never had a date you couldn't inflate