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Das Projekt "Glas". Energieeffizienz-Einweg-Tee- / Kaffeetassen


2020 Jahr. Es scheint der 12. März zu sein. Streng geheimes Labor des Forschungsinstituts für Wärme und Kälte (NIITiHo). Irgendwo in den Vororten.

- Genossen! - Der Laborleiter hob triumphierend die Faust an die Decke und sah die kürzlich erwachten Ingenieure und Laborassistenten inbrünstig an.

Die teilweise gefüllte und ramponierte Montagehalle des Instituts bohrte als Reaktion darauf träge.

"Heute Morgen habe ich Sie für eine sehr wichtige Ankündigung versammelt." Erstens sollte der Abstand zwischen Ihnen bei der Arbeit mindestens sein! Ich wiederhole, nicht weniger! Einen Meter. Wie stellen Sie dies sicher? Denken Sie, Sie sind Ingenieure.

Der Gedanke ging in die Massen und verursachte ein leichtes Lachen und schüchterne Missbilligung.

- Eine Sache noch. Das Land braucht einen Test für Einwegbecher, da dies die hygienischste Art ist, hochwertige Getränke wie Kaffee, Tee, Chicorée- Wodka und andere zu konsumieren . Derzeit gibt es einen Kampf mit Ihnen, um zu wissen, welches Virus und die Verwendung von Einwegartikeln ein wichtiger Bestandteil des Schutzes vor Viren und ... ähm ... anderen Krankheiten ist. Sobald Sie den experimentellen Teil der Studie abgeschlossen haben, können die Ergebnisse zu Hause aus der Ferne verarbeitet werden. Gehen!

Die Ingenieure versuchten, einen Abstand von 1 m einzuhalten. Dies war der Bewegung von Gasmolekülen in einem geschlossenen Gefäß sehr ähnlich. Die verantwortungsbewusstesten Personen versuchten, den nötigen Abstand zu halten, und stießen diejenigen, die in ihre Reichweite kletterten, in die Reichweite. Diejenigen, die sich nicht darum kümmerten (sich nicht darum kümmerten), stocherten hartnäckig in ihren Kollegen herum und versuchten, durch die Türen des Haupteingangs aus dieser Hölle herauszukommen. Ein Paar Laborassistenten, die fröhlich heulten, drängten diejenigen, die versuchten, Abstand zu halten. Nicht viele haben es geschafft, aus diesem Chaos herauszukommen. Der letzte stand schwach und schaute traurig auf das, was geschah. Er wusste von einer anderen Tür, die zum benachbarten Korridor führte, befand sich aber glücklicherweise in der Nähe des Haupteingangs. Die letzten drei Mitarbeiter des Publikums kamen dem Abendessen näher.


Einführung


Viele von uns können also keinen Tag leben (besonders im Herbst-Winter-Frühling), ohne ein Glas Kaffee oder Tee trinken zu müssen, sondern nur ein paar. Besonders wenn wir auf der Arbeit sind und keine Zeit für einen Happen haben - Tee / Kaffee hilft wirklich, aber gleichzeitig erwärmt und erhöht es die Vitalität. Meist werden dafür Einwegbecher, Thermomassen (energieeffizient!) Und verschiedene wiederverwendbare Becher / Becher verwendet. Aber ab wann ist es besser, solche Getränke zu trinken und sich nicht zu verbrennen? Und wie hält man sie auf einer Temperatur, die optimal ist, um länger zu trinken? Wir haben versucht, diese Fragen in unserer Studie zu beantworten. Heute werden wir versuchen, Stärke Einwegbecher.



Hier sind einige Fakten über sie:

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Wenn Tee / Kaffee in ein Glas gegossen wird, ist es immer noch unmöglich, es zu trinken. Jemand hat sich so entwickelt, dass er bereits weiß, wie es geht, aber er wird immer noch nicht in der Lage sein, das Hauptvolumen des Bechers bei einer solchen Temperatur der Flüssigkeit zu trinken, weil Sie sich ernsthaft verbrennen können. Für die meisten Menschen müssen Sie N Minuten warten , um dieses Getränk zu trinken. Der Wert der Zeit N ist uns oft nur empirisch bekannt, dh auf der Grundlage zuvor erhaltener Verbrennungen von Zunge, Mund und Rachen. In diesem Fall ändern sich die Bedingungen zum Füllen, Bewegen und Verzehren des Becherinhalts jedes Mal, was bedeutet, dass sich auch die Temperatur der Flüssigkeit im Becher ändert.

Bei Erreichen einer bestimmten Grenztemperatur T xTee / Kaffee kann bereits in kleinen Schlucken sanft getrunken werden, um sich nicht zu verbrennen. Aber diese Temperatur sinkt unanständig schnell (wenn wir plötzlich einen Thermobecher verwenden, haben wir etwas mehr Zeit) und wir bleiben mit einem halb leeren (vollen) Becher eines bereits kaum warmen Getränks (jemand könnte diese Option mögen).


Aufgaben zur Lösung des Problems


1. Beschreiben Sie den Lebensweg von Tee / Kaffee in einer Tasse (philosophische Aufgabe).

2. Bestimmen Sie die Temperatur (Temperaturbereich), bei der Tee / Kaffee bereits getrunken werden kann ( T x ) und nicht mehr getrunken werden kann ( T y ).
Ja, jeder hat seine eigenen Temperaturgrenzen
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3. Testen Sie verschiedene Arten gängiger Einwegbecher und die Abkühlzeit heißer Getränke. Machen Sie eine Bewertung ihrer Energieeffizienz. Berechnen Sie, wie lange es dauert, bis T x und T y erreicht sind .

4. Wie kann man die Zeit N Wartezeit T x reduzieren ?

5. Wie kann die Temperatur (Wärmeenergie) so lange wie möglich im Bereich T x –T y gehalten werden?

Versuchen wir uns den Lebensweg eines heißen Getränks in einem Glas vorzustellen. Das Ergebnis ist ungefähr das Folgende:



A, wenn nach Punkten:

1. Vorbereitung der notwendigen Zutaten und Utensilien. Wasser wird am häufigsten an einem Siedepunkt oder in der Nähe davon verwendet (100 ° C - wir berücksichtigen die Anfangstemperatur des Wassers). [und Kaffee aus einer Kaffeemaschine hat meistens eine niedrigere Temperatur! ca. Senior Scientific A. Kurbatov]

2. Beim Gießen von Flüssigkeit in ein Glas sinkt die Temperatur. Richtig, nicht genug, um sofort zu trinken. Dies liegt daran, dass die Temperatur des Bechers nahe an der Temperatur der Luft im Raum liegt und beim Eingießen heißer Flüssigkeit ein Teil der Wärme von den Wänden des Bechers selbst absorbiert wird. Plus treten während des Gießens von Wärmeverlust an die Umgebung auf (Temperatur 92-82 Getränk von C).

3. Die Flüssigkeit kühlt ab. Daran arbeiten Verdunstung, Wärmestrahlung und Konvektion. Verdunstung von oben über dem Glas (wenn kein Deckel vorhanden ist), Konvektion von oben und an den Seitenwänden, Wärmestrahlung in alle Richtungen. In diesem Stadium gibt es: die Zugabe zusätzlicher Zutaten: Zucker, Milch, Wasser usw., Mischen, Versuche zu trinken. Irgendwo hier T x und N (kleiner Volumenabfall, die Temperatur sinkt auf 75-65 bei C).

4. Das resultierende Getränk wird schließlich aktiv getrunken. Ein signifikanter Abfall der Menge an Beschleunigungskühlungsrückständen (unter der Annahme, dass die Temperatur auf etwa 40 bis C gesenkt wird ).

5. Wenn nichts bleibt in der Tasse, die Temperatur Restvolumen an Flüssigkeit bei Umgebungstemperatur (~ 20 entzerrt wird von G).

Suche nach gewünschten Temperaturen


Für eine genauere Bestimmung der Temperatur des Getränkekonsums teilen wir den Trinkprozess in zwei Stufen ein. Nehmen Sie zuerst einen Schluck von Ihrem Getränk (in kleinen Schlucken, damit das Getränk nichts verbrennt und sich beim Herausnehmen aus dem Glas abkühlt). Zweitens trinken Sie einen Schluck, ohne Angst zu haben, sich zu verbrennen.


Mitarbeiter des Forschungsinstituts wurden für eine kleine Studie in den Speisesaal gefahren . Nach den Ergebnissen und unter Verwendung der statistischen Verfahren Stelya wurde bestimmt , dass bei ungefähr 73-72 von C sorbat versuchen kann , oder einen Drink, und im Bereich von 67 bis 60 auf C können bereits trinken (Vorsicht, es hängt von den individuellen Eigenschaften der einzelnen Person) . Laut durchgeführten Statistiken ist eine Mini-Studie die optimale Temperatur, um Kaffee / Tee sicher zu trinken, lag im Bereich von 63-60 auf der S.

Cup Energieeffizienz-Test


Ja, Flüsse aus Wasser, Tee und Kaffee fließen direkt in Einwegbecher!

Für die Studie wurden 4 gängige Arten von Einwegbechern ausgewählt. Während der Messungen wurden eine Wärmebildkamera, Kontaktthermometer und eine Stoppuhr verwendet.

Probe Nr. 1



95% Papier. Es hat eine innere Laminierung - es ist von innen mit einem dünnen Film bedeckt, der vor dem Austreten von Flüssigkeit schützt. Die Wände bestehen aus zweischichtigem Papier und Pappe, dazwischen eine dünne Luftschicht. Meistens mit Tätowierungen verstopft. Das Volumen der eingeschlossenen Flüssigkeit beträgt 400 ml. Die hitzebeständigste (durchdachte) der untersuchten Proben. Eine schwierige Beziehung zu Miss Ecology. Der Anführer der Bande. Es ist auf der ganzen Welt an fast jeder Verkaufsstelle für Kaffee / Tee erhältlich.

Probe Nr. 2



Alles aus Kunststoff. Der Hauptunterschied zum Rest ist ein kurzes Visier am Kopf (Griff an der Seite oben). Außen ist braun, innen ist grau. Das Volumen der eingeschlossenen Flüssigkeit beträgt 200 ml. Der niedrigste, aber breiteste Querschnitt - tonnenförmig. Hängen Sie in Büros, bei Ausstellungen und Versammlungen einer großen Anzahl von Menschen ab.

Probe Nr. 3



Jüngerer Bruder # 1. Das kleinste in der Bande (nach Volumen = 170 ml). Der Wärmeschutz ist minimal, die Wand besteht aus einer Schicht. Auf der Innenseite befindet sich die gleiche Kunststofffolie. Er möchte wie ein älterer Bruder sein, aber bisher klappt es nicht. Arbeitet normalerweise in Automaten. Heimlich verliebt in Madame Espresso.

Probe Nr. 4



Dein guter alter Freund. Arbeitet auf historischem Vertrauen. Plastik vom Wort überhaupt. Groß, gutaussehend, stolz. Er mag kein heißes Wasser, er kann eine Grimasse ziehen, aber er leidet unter der alten Gewohnheit. Mögliche Standorte sind Old-School-Catering, Bahnhöfe, Bushaltestellen und Orte, an denen Menschen es eilig haben. Auch in Kühlschränken in Schulen, Büros und Krankenhäusern zu finden.

Forschung


Um eine repräsentative Probe zu erstellen, wurden mehrere Tassen von jedem Typ entnommen. Zum Testen war geplant, kochendes Wasser (heißes Wasser), Tee (oder mit Hilfe von Beuteln - Feldbedingungen) direkt in sie zu brauen, Kaffee (aus einer Kaffeemaschine) zu gießen. Jemand hat kurz vor den Experimenten Kaffee aus einer Kaffeemaschine gestohlen (guter Kaffee, muss ich sagen) und musste nur mit Tee und kochendem Wasser testen. Zum Testen wurden die Teebeutel beschlagnahmt, die sich in großen Mengen an der Quelle ansammelten, was ihn aufforderte, nicht anzurufen.
Die erhaltenen Werte für jeden Bechertyp wurden gemittelt (wie sich herausstellte, hat das Hinzufügen eines Teebeutels zu einer Tasse praktisch keinen Einfluss auf die Geschwindigkeit und die Abkühlzeit).

Die erste Studie war das Abkühlen der heißen Flüssigkeit aller 4 Arten von Bechern in Wildtieren ohne Kappen.


Wenn Sie Tee / Kaffee so schnell wie möglich trinken möchten, ist Nummer 3 genau das Richtige für Sie . Nur 5-7 Minuten und Sie können trinken. Zur gleichen Zeit , die sie nicht Abdeckungen haben, so haben schnell zu trinken, oder auch nach 5 Minuten wird die Temperatur unter 60 sein auf dem C (für 12 Minuten, sinkt die Temperatur im Bereich von 86 bis zu 60 bis C). Schneller, aber energieeffizienter, stabiler 4. Platz in der Studie.

Die Gläser Nr. 2 und Nr. 4 kämpfen hartnäckig um den 2. Platz, während sie der Probe Nr. 3 nicht sehr voraus sind . Ihr Ergebnis ist 6 + 8 = 14 (Minuten). Sie sind fast identisch im Volumen, aber gleichzeitig# 4 ist schwer mit heißem Tee-Kaffee in der Hand zu halten, und # 2 hat, wenn auch nicht sehr praktisch, aber einen Griff zum Halten eines heißen Glases. Es gibt auch eine Meinung, dass # 4 nicht sehr gut mit heißen Flüssigkeiten interagiert, wie Bei hohen Temperaturen kann aus dieser Art von Kunststoff eine Vielzahl von Substanzen freigesetzt werden, die für Körper und Umwelt unangenehm sind.

Heiße Flüssigkeiten in Tasse Nr. 1länger cool als alle anderen. Etwa in der 8. Minute können Sie versuchen zu trinken, in der 12. Minute können Sie bereits mutiger trinken. Und nach 20 Minuten kühlt der Inhalt der Tasse zu stark ab. Wenn Sie beispielsweise ab der 12. Minute Tee und Kaffee trinken, dann haben Sie diese bis 20 Minuten entweder nicht mehr im Glas oder die Flüssigkeit kühlt stärker ab und ihre Temperatur liegt bereits weit unter 60 ° C. Im Moment ist der Rekordhalter Nr. 1 in 20 Minuten bis zu 60 ° C.

Als Ergebnis haben wir eine solche Energieeffizienzklasse für Einwegbecher mit einer Abkühlzeit von bis zu 60 ° C erhalten. Die Becher Nr. 2 , Nr. 3 und Nr. 4 haben einen Stern [*]. Bei Nr. 1 zwei Sterne [**]:



Und # 1 hat ein großes Plus: Dies sind Kappen, die Wärmeenergie im Becher halten und die Verdunstung von Wärmeverlustprozessen fast vollständig entfernen (diese Kappen sind meistens aus Kunststoff, was aus Sicht von Miss Ecology eher ein Minus ist). Über Cover - weiter.

Deckeltests


Dreiphasenmessungen Um die Wirkung auf den Deckel in einem Einweggetränkebecher zu untersuchen, wurde



# + 1 gehalten : Tragen der Abdeckung 67 bei einer Temperatur von S. Niedriger Kaffeekaffee in der Tasse Nr. 1, wobei die Abdeckung 14 Minuten lang von 67 auf 60 Grad abgesenkt wurde. Signifikanter Zeitgewinn im Vergleich zu einer ähnlichen Tasse ohne Deckel (es gab 8 Minuten). Wirkungsgrad - [***]

# 1 ++ : Die Abdeckung angebracht ist , wenn die Temperatur 72 erreichte etwa C. Die Temperatur von 72 bis 60 Grad für 25 Minuten abgesenkt wird (ohne Deckel wurden 12 Minuten). Energieeffizienzklasse - [***]

# 1 +++: Der Deckel wird sofort nach dem Eingießen des Getränks in ein Glas aufgesetzt. Bis zu 60 Grad in 44,5 Minuten ... vzhzhzhzhzhuh ... (gegenüber 20 Minuten in Tasse 1 ohne Deckel). Das Ergebnis liegt gemäß unserer Energieeffizienzklasse an der Grenze zwischen 4 und 5 Sternen. Energieeffizienzklasse - [****]


Ergebnisse


Sie wollten Kaffee oder Tee und gehen zu einem der nächstgelegenen Orte, an denen Sie ihn kaufen können. Dort verkaufen sie Ihnen zusammen mit einem heißen Getränk ein Einwegglas einer der Arten (dies ist meistens die Nummer 1 ). Und dann Aufgabenvarianten:

  • Sie müssen es irgendwohin bringen und dies dauert mehr als 20 Minuten:
    Entfernen Sie die Abdeckung besser nicht. Nach 20-25 Minuten ab dem Moment, in dem das Getränk in ein Glas gegossen wird, können Sie es trinken.
  • , :
    – ( 5-7). .
  • , ( ):
    7 13 . – . ( ).
  • « »:
    . , . .


Und denken Sie daran, moderne Einwegbecher sind nicht die umweltfreundlichsten Gerichte. Wenn sie vollständig aus Papier wären, hätten sie sich in 2-3 Jahren zersetzt. Die in Russland am häufigsten verwendeten Tassen für Heißgetränke sind jedoch innen mit Kunststoff beschichtet. Bei der Entsorgung ist es am schwierigsten, Plastik und Papier zu trennen (und wir sind uns nicht sicher, ob sie es jetzt gut können?). Deckel und Rührer für diese Becher sind ebenfalls aus Kunststoff, was zum Vermischen von Papier und Kunststoff untereinander beiträgt.

Obwohl es in der gegenwärtigen Situation eine Art Dualismus gibt. Unter dem Gesichtspunkt der Verbreitung von Viren und einigen Krankheiten sind Einwegbecher sicherer, aber unter dem Gesichtspunkt der Energieeffizienz und der Umweltbelastung ist es besser, wiederverwendbares Geschirr (Thermomugs im Kampf!) Zu verwenden.

In jedem Fall haben Sie jetzt etwas mehr Daten, wenn Sie Entscheidungen treffen.

PS Für alle, die Kaffee oder Tee unmittelbar nach dem Eingießen in eine Tasse trinken - ein großer Respekt.

Teil 2 https://habr.com/en/post/495538

Ein kleiner Bonus - ein paar schöne Wärmebildgläser














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