Вопрос отличный. Начал писать ответ и понял, что начал писать статью)) так что статья в «must do», а сейчас сжатый ответ на ваш вопрос:
Самое главное – тепловизор, что непривычно и удивительно, видит не теплопотери, а тепловое излучение, которое попадает в него от объекта измерения. Он ничего не излучает, а только принимает все входящие, как фотоаппарат, и выдает распределение температуры по пикселям кадра. Если мы не правильно тепловизором пользуемся, то мы получим совершенно не то, что мы искали. Поэтому, я опишу основные ошибки, почему тепловые потери иногда не ловятся.
1. Проблемы тепловизоров. Теплопотери – зверь хитрый. Мы можем смотреть на них тепловизором, но совершенно не видеть их присутствия. Всё из-за того, что большинство современных тепловизоров работают в диапазоне 7-14 мкм, что хорошо, когда мы смотрим на излучающие тепло объекты с температурой 20-30 градусов (этот диапазон изначально и подбирали, чтобы людей и технику издалека брать на мушку) и плохо, когда мы смотрим на различные отражающие предметы.
Пример: Если навести тепловизор на стекло – мы увидим свое отражение, а реальная температура стекла для нас останется совершенно неизвестной. Кстати, есть лайфхак. Если плотно наклеить кусок черной (в крайнем случае, синей) изоленты на стекло и навести через некоторое время на эту изоленту тепловизор, то тут мы зверя и поймаем. То есть поймем температуру стекла и сможем оценить тепловые потери данного участка.
Примерно такие же проблемы создают: фольга, натертые и лакированные поверхности, большие водоемы и всё, что может потенциально отражать тепловое излучение. А, еще, нельзя проводить измерения под маленькими углами к поверхности измерений. То есть, для идеальных измерений нужно чаще всего находиться перпендикулярно к измеряемой поверхности (а большие водоемы, например, измеряют под нулевыми углами).
Ко всему вышеперечисленному, теплопотери – зверь прямолинейный. Они идут по пути наименьшего сопротивления, как штурмовики из Звездных войн или электрический ток. Поэтому где-то их будет много, а где-то мало.
Таким образом, надо знать где ловить теплопотери.
Автопортрет тепловизора в окне
2. Сторонние влияния. Теплопотери – зверь переменчивый. Так как тепловизор измеряет только тепловое излучение, то когда в дело вмешивается, например, конвекция, испарение или что-то еще, то наши измерения могут вдруг совершенно не соответствовать действительности. То есть, мы знаем температуру поверхности, но можем очень сильно ошибаться насчет количества тепловых потерь.
Пример: Если посмотреть на кружку с горячим чаем сбоку и сверху, мы увидим примерно одинаковую температуру и можем подумать, что и теплопотери одинаковые, но… это не так. По нашим исследованиям (https://habr.com/ru/post/495538/), через стенки теряется 10-15% тепла, а вот через открытую верхнюю часть кружки – всё остальное. Разница многократная, а используя только тепловизор, мы этого не видим.
А, еще, у тепловизоров есть настройки. Например, температура фона и коэффициент излучения измеряемой поверхности. Если их указать не правильно, температура в кадре будет не верной, а значит и расчет тепловых потерь будет ошибочный.
Таким образом, надо знать как ловить теплопотери.
Чай, чай, выручай
3. Ошибки измерений. Теплопотери – зверь скрытный. Если перепад температур не велик, то мы ничего особого и не увидим. Современные тепловизоры имеют погрешности измерения от 1 до 4 градусов, поэтому при перепадах температуры, например, в 5 градусов, теплопотери будут мало заметны или вообще ошибочны из-за погрешностей измерения.
Пример: Если попробовать измерить тепловые потери через стены дома при температуре +10 на улице и +20 внутри дома, то мы скорее всего либо ничего не увидим, либо получим малоинформативные картинки из которых нельзя будет сделать никаких адекватных выводов. По существующим в России нормативам, исследования домов можно проводить при перепаде в 15-20 градусов между наружным и внутренним воздухом. По опыту, лучше больше 20.
Таким образом, надо знать когда ловить теплопотери.
Теплоизоляцию дома сделали, зачем утеплять крепления?:)
И самый главный вопрос: зачем мы ловим теплопотери? Когда понимаешь зачем – понимаешь что, как и когда.
Пожалуй, это основные ошибки, которых лучше всего избегать. На самом деле, правильный поиск тепловых потерь сродни фотоохоте на редких зверей. Надо знать где, когда и как нажать на кнопку один (много) раз, чтобы получить обложку для National Geographics.
Похолодало... Ученые из НИИТиХо загорелись вопросом и сели за написание статей на эту тему.
Все просто — он сидел у входа в кабинет. Дверь была открыта — жарко же, а с кондеями в НИИ сейчас беда. У Самсонова прекрасный обзор до угла коридора. Благо, угол совсем рядом.
Про кулак — согласен, подправили. Так и было, просто я описал плохо)
Вся толпа что-то высматривала. Что — не знаю, к сожалению. Может быть найти не могла место, куда все бегут? Или просто от работы отлынивала.
Про месторасположение Самосонова ответил.
Сигарета не так страшна для дизеля, как для бензина. И Завлаб, конечно, стоял на очень почтительном удалении. Вдруг что.
В этот момент времени тени было примерно на полмашины. Просто большую часть дня там тенёк. Самое удачное место в нашем НИИ. Поэтому почти вся лужа уже была на солнце…
И, как ни странно, да. Самсонов обладает феноменальным чутьем. Как это — сами не понимаем и научно объяснить пока не можем, но чует всё за версту. Особенно когда в какой-то комнате кто-то отмечает день рождения…
Статья о факте катастрофы в Норильске и о том, как мы бездарно теряем энергетические ресурсы, которые с такими затратами создаем.
Про КДПВ согласен, получилось не удачно. Изменили, спасибо.
Хм, а возможно вы правы, а я поторопился с выводами.
Поднял термограммы с испытаний и немного их обработал:
Действительно, хорошо видны слои. Даже в большом стаканчике с двойными стенками. Так же, хорошо видно, что температура жидкости у стенок ниже, чем внутри.
Любая кружка, как и стакан, нивелируют эту разницу температур между слоями за счет теплопередачи стенок кружки (температура быстро выравнивается по всей толщине-высоте кружки). И, если визуально это можно увидеть (как в примере выше), то тепловизором этого увидеть, к сожалению, не получится.
С точки зрения теории будет быстрее, если сначала подуть, а потом бросить сахар, т.к. чем горячее напиток тем быстрее он остывает (это хорошо видно на графике). Соответственно, влияние обдува в первом варианте будет больше, чем во втором. А сахар на свою реакцию с водой заберет примерно одинаково тепла и там и там.
Но тут есть хитрость, потому что зависит все от температуры чая и температуры окружающего воздуха. Описанный выше ответ справедлив, когда температура чая сильно больше температуры окружающей среды (воздух, например, 20 градусов, а чай 80 градусов). Если температура чая будет близка или ниже температуры окружающего воздуха, возможен другой ответ.
За идею спасибо, обязательно проверим на практике.
Про кофе с молоком неплохо написано здесь https://www.nature.com/articles/s41467-017-01852-2
В кофе добавляют молоко и смотрят, что будет:
В итоге очень хорошо видно, как со временем горячий напиток разбивается на слои.
А про тепловизоры — это так. Нам вот должны были привезти очень хороший тепловизор, но из-за известных событий все накрылось…
За позитив всегда пожалуйста ;)
Согласен. Мы мешали деревянными палочками, чтобы минимизировать данный эффект.
Но даже металлическая ложка может заметно повлиять, если ее оставить в чае/кофе.
Графики будут примерно одинаковые, потому что форма и объем сохраняются, а теплопотери через стенки практически не меняются (потому что пластик и минимально изменяется толщина стенки). Если бы был, допустим, фарфор или керамика и изменение толщины были бы значительными, то да, были бы заметные изменения на графике.
Про кулеры хорошая идея, спасибо, добавил.
Про корень не согласен. Все-таки, чаще всего такими стаканчиками из кулеров пьют просто воду, а не чай/кофе.
А еще такие стаканчики бывают разных типов — для холодных и для горячих напитков (внешне могу выглядеть одинаково, различия указаны на дне). В те, которые для холодных напитков (насколько я понимаю, они сделаны из полистирола (PS)) очень не рекомендуется наливать горячие напитки, потому что в процессе деформации стаканчика начинают выделяться различные неприятные вещества. Те, которые сделаны из полипропилена (PP) устойчивы к температурам и в них горячие напитки наливать можно.
Скорость остывания, действительно, не линейна.
А основные проблемы от конвекции, которую измерительно учесть очень сложно.
Основной закон, по которому остывает чашка с горячей жидкостью это закон Ньютона-Рихмана.
Откуда получаем, что температура горячей жидкости будет приближаться к температуре окружающей среды по экспоненте:
"
Tout — температура окружающей среды; T0 — начальная температура; t — время; k — коэффициент, зависящий от коэффициента теплоотдачи (обычно получается экспериментально для каждого материала), площади границы раздела, массы тела и удельной теплоемкости тела.
Вот из-за этого коэффициента k основные проблемы.
Как видно из получившихся графиков получается действительно экспонента (ну или что-то очень похожее).
Кстати, излучение и испарение тоже не так уж и линейны, как может показаться. Тем более в стакане с горячей жидкостью происходит постоянное перемешивание слоев с разной температурой, но это уже отдельная тема :)
А вот об этом будет в следующей статье. Как снижаются тепловые потери при таких приемах и насколько это влияет на время остывания (и, это конечно, еще не все). Древние поверья обязательно проверим ;)
Кстати, очень хорошее решение. И, если стаканчик внутри покрыт воском или парафином, то довольно экологично. Интересно, из чего они делают эту «пенку»?
И какая стартовая температура жидкости при наливании, если не кипяток?
Действительно, по текущему СП 30.13330.2012 «Внутренний водопровод… зданий ...» (это актуальная версия СНиП) горячая вода в зданиях должна быть в диапазоне от 60 до 75°С.
Почему от 60? На этот вопрос отвечает СанПиН 2.1.4.2496-09 «Гигиенические требования к обеспечению безопасности систем горячего водоснабжения»:
— предупреждение загрязнения горячей воды высоко контагенозными инфекционными возбудителями вирусного и бактериального происхождения, которые могут размножаться при температуре ниже 60 гр, в их числе Legionella Pneumophila;
— минимизацию содержания в воде хлороформа при использовании воды, которая предварительно хлорировалась;
— предупреждение заболеваний кожи и подкожной клетчатки, обусловленных качеством горячей воды.
По факту, конечно, мы смешиваем горячую воду с холодной (5-15 градусов в зависимости от времени года) и моем руки водой с температурой 30-40°С.
К тому же, по СП в помещениях детских дошкольных учреждений температура горячей воды не должна превышать 37°С. Причина, думаю, всем понятна.
Кстати, горячая вода в зданиях значительно дороже холодной (в Москве 191 рублей против 38 рублей). И, если бы горячая вода была 40°С (что иногда бывает), то мы тратили бы много горячей воды и платили бы значительно больше.
PS. В разных странах требования к температуре ГВС отличаются. В России они наследованы еще из советских СНиП.
Про тепловые потери, энергоэффективность, тепловизоры и энергоресурсы. Продолжение.
Вопрос отличный. Начал писать ответ и понял, что начал писать статью)) так что статья в «must do», а сейчас сжатый ответ на ваш вопрос:
Самое главное – тепловизор, что непривычно и удивительно, видит не теплопотери, а тепловое излучение, которое попадает в него от объекта измерения. Он ничего не излучает, а только принимает все входящие, как фотоаппарат, и выдает распределение температуры по пикселям кадра. Если мы не правильно тепловизором пользуемся, то мы получим совершенно не то, что мы искали. Поэтому, я опишу основные ошибки, почему тепловые потери иногда не ловятся.
1. Проблемы тепловизоров. Теплопотери – зверь хитрый. Мы можем смотреть на них тепловизором, но совершенно не видеть их присутствия. Всё из-за того, что большинство современных тепловизоров работают в диапазоне 7-14 мкм, что хорошо, когда мы смотрим на излучающие тепло объекты с температурой 20-30 градусов (этот диапазон изначально и подбирали, чтобы людей и технику издалека брать на мушку) и плохо, когда мы смотрим на различные отражающие предметы.
Пример: Если навести тепловизор на стекло – мы увидим свое отражение, а реальная температура стекла для нас останется совершенно неизвестной. Кстати, есть лайфхак. Если плотно наклеить кусок черной (в крайнем случае, синей) изоленты на стекло и навести через некоторое время на эту изоленту тепловизор, то тут мы зверя и поймаем. То есть поймем температуру стекла и сможем оценить тепловые потери данного участка.
Примерно такие же проблемы создают: фольга, натертые и лакированные поверхности, большие водоемы и всё, что может потенциально отражать тепловое излучение. А, еще, нельзя проводить измерения под маленькими углами к поверхности измерений. То есть, для идеальных измерений нужно чаще всего находиться перпендикулярно к измеряемой поверхности (а большие водоемы, например, измеряют под нулевыми углами).
Ко всему вышеперечисленному, теплопотери – зверь прямолинейный. Они идут по пути наименьшего сопротивления, как штурмовики из Звездных войн или электрический ток. Поэтому где-то их будет много, а где-то мало.
Таким образом, надо знать где ловить теплопотери.
2. Сторонние влияния. Теплопотери – зверь переменчивый. Так как тепловизор измеряет только тепловое излучение, то когда в дело вмешивается, например, конвекция, испарение или что-то еще, то наши измерения могут вдруг совершенно не соответствовать действительности. То есть, мы знаем температуру поверхности, но можем очень сильно ошибаться насчет количества тепловых потерь.
Пример: Если посмотреть на кружку с горячим чаем сбоку и сверху, мы увидим примерно одинаковую температуру и можем подумать, что и теплопотери одинаковые, но… это не так. По нашим исследованиям (https://habr.com/ru/post/495538/), через стенки теряется 10-15% тепла, а вот через открытую верхнюю часть кружки – всё остальное. Разница многократная, а используя только тепловизор, мы этого не видим.
А, еще, у тепловизоров есть настройки. Например, температура фона и коэффициент излучения измеряемой поверхности. Если их указать не правильно, температура в кадре будет не верной, а значит и расчет тепловых потерь будет ошибочный.
Таким образом, надо знать как ловить теплопотери.
3. Ошибки измерений. Теплопотери – зверь скрытный. Если перепад температур не велик, то мы ничего особого и не увидим. Современные тепловизоры имеют погрешности измерения от 1 до 4 градусов, поэтому при перепадах температуры, например, в 5 градусов, теплопотери будут мало заметны или вообще ошибочны из-за погрешностей измерения.
Пример: Если попробовать измерить тепловые потери через стены дома при температуре +10 на улице и +20 внутри дома, то мы скорее всего либо ничего не увидим, либо получим малоинформативные картинки из которых нельзя будет сделать никаких адекватных выводов. По существующим в России нормативам, исследования домов можно проводить при перепаде в 15-20 градусов между наружным и внутренним воздухом. По опыту, лучше больше 20.
Таким образом, надо знать когда ловить теплопотери.
И самый главный вопрос: зачем мы ловим теплопотери? Когда понимаешь зачем – понимаешь что, как и когда.
Пожалуй, это основные ошибки, которых лучше всего избегать. На самом деле, правильный поиск тепловых потерь сродни фотоохоте на редких зверей. Надо знать где, когда и как нажать на кнопку один (много) раз, чтобы получить обложку для National Geographics.
Похолодало... Ученые из НИИТиХо загорелись вопросом и сели за написание статей на эту тему.
Правда)) проверено дважды в разных условиях. После первого обследования все проблемы были устранены.
Всем инфракрасный привет.
Расскажу про энергоэффективность и энергосбережение, тепловые потери, тепловизоры, энергоресурсы и всё, что вокруг этого.
Про кулак — согласен, подправили. Так и было, просто я описал плохо)
Вся толпа что-то высматривала. Что — не знаю, к сожалению. Может быть найти не могла место, куда все бегут? Или просто от работы отлынивала.
Про месторасположение Самосонова ответил.
Сигарета не так страшна для дизеля, как для бензина. И Завлаб, конечно, стоял на очень почтительном удалении. Вдруг что.
В этот момент времени тени было примерно на полмашины. Просто большую часть дня там тенёк. Самое удачное место в нашем НИИ. Поэтому почти вся лужа уже была на солнце…
И, как ни странно, да. Самсонов обладает феноменальным чутьем. Как это — сами не понимаем и научно объяснить пока не можем, но чует всё за версту. Особенно когда в какой-то комнате кто-то отмечает день рождения…
Про КДПВ согласен, получилось не удачно. Изменили, спасибо.
Поднял термограммы с испытаний и немного их обработал:
Действительно, хорошо видны слои. Даже в большом стаканчике с двойными стенками. Так же, хорошо видно, что температура жидкости у стенок ниже, чем внутри.
Но тут есть хитрость, потому что зависит все от температуры чая и температуры окружающего воздуха. Описанный выше ответ справедлив, когда температура чая сильно больше температуры окружающей среды (воздух, например, 20 градусов, а чай 80 градусов). Если температура чая будет близка или ниже температуры окружающего воздуха, возможен другой ответ.
За идею спасибо, обязательно проверим на практике.
В кофе добавляют молоко и смотрят, что будет:
В итоге очень хорошо видно, как со временем горячий напиток разбивается на слои.
А про тепловизоры — это так. Нам вот должны были привезти очень хороший тепловизор, но из-за известных событий все накрылось…
За позитив всегда пожалуйста ;)
Но даже металлическая ложка может заметно повлиять, если ее оставить в чае/кофе.
Про корень не согласен. Все-таки, чаще всего такими стаканчиками из кулеров пьют просто воду, а не чай/кофе.
А еще такие стаканчики бывают разных типов — для холодных и для горячих напитков (внешне могу выглядеть одинаково, различия указаны на дне). В те, которые для холодных напитков (насколько я понимаю, они сделаны из полистирола (PS)) очень не рекомендуется наливать горячие напитки, потому что в процессе деформации стаканчика начинают выделяться различные неприятные вещества. Те, которые сделаны из полипропилена (PP) устойчивы к температурам и в них горячие напитки наливать можно.
А основные проблемы от конвекции, которую измерительно учесть очень сложно.
Основной закон, по которому остывает чашка с горячей жидкостью это закон Ньютона-Рихмана.
Откуда получаем, что температура горячей жидкости будет приближаться к температуре окружающей среды по экспоненте:
Tout — температура окружающей среды;
T0 — начальная температура;
t — время;
k — коэффициент, зависящий от коэффициента теплоотдачи (обычно получается экспериментально для каждого материала), площади границы раздела, массы тела и удельной теплоемкости тела.
Вот из-за этого коэффициента k основные проблемы.
Как видно из получившихся графиков получается действительно экспонента (ну или что-то очень похожее).
Кстати, излучение и испарение тоже не так уж и линейны, как может показаться. Тем более в стакане с горячей жидкостью происходит постоянное перемешивание слоев с разной температурой, но это уже отдельная тема :)
И какая стартовая температура жидкости при наливании, если не кипяток?
Почему от 60? На этот вопрос отвечает СанПиН 2.1.4.2496-09 «Гигиенические требования к обеспечению безопасности систем горячего водоснабжения»:
— предупреждение загрязнения горячей воды высоко контагенозными инфекционными возбудителями вирусного и бактериального происхождения, которые могут размножаться при температуре ниже 60 гр, в их числе Legionella Pneumophila;
— минимизацию содержания в воде хлороформа при использовании воды, которая предварительно хлорировалась;
— предупреждение заболеваний кожи и подкожной клетчатки, обусловленных качеством горячей воды.
По факту, конечно, мы смешиваем горячую воду с холодной (5-15 градусов в зависимости от времени года) и моем руки водой с температурой 30-40°С.
К тому же, по СП в помещениях детских дошкольных учреждений температура горячей воды не должна превышать 37°С. Причина, думаю, всем понятна.
Кстати, горячая вода в зданиях значительно дороже холодной (в Москве 191 рублей против 38 рублей). И, если бы горячая вода была 40°С (что иногда бывает), то мы тратили бы много горячей воды и платили бы значительно больше.
PS. В разных странах требования к температуре ГВС отличаются. В России они наследованы еще из советских СНиП.