Kann man eine Mineralwasserflasche, die man vor einen Ventilator stellt, tatsächlich innerhalb von Sekunden in eine „Klimaanlage“ verwandeln?

Sobald es heiß wird, beginnt der Kampf um die Klimaanlage im Büro. Manchen war so kalt, dass sie sich mit Decken zudecken mussten, anderen war so heiß, dass sie sich dringend Kühlgeräte anschafften. Ich habe Angst vor Hitze, also schaute ich auf den kleinen Ventilator in meiner Nähe und hatte das Gefühl, dass es nicht ausreichte, egal wie stark er blies. Gibt es eine Möglichkeit, den kleinen Ventilator leistungsstärker zu machen?

Vor nicht allzu langer Zeit ging ein kurzes Video im Internet viral. In einem Jungenwohnheim wurden eine Reihe von Mineralwasserflaschen vor dem Ventilator aufgestellt (der Flaschenboden wurde abgeschnitten und sauber an der Frontabdeckung des Ventilators befestigt, sodass die Flaschenöffnungen nach vorne zeigten, um Luft zuzuführen). Es hieß, die Kühlwirkung sei mit der einer Klimaanlage der unteren Preisklasse vergleichbar.

Können Sie mit nur ein paar Wasserflaschen einen Ventilator in eine „Klimaanlage“ verwandeln? Bildquelle: People's Daily Video Account

Nachdem viele Internetnutzer es ausprobiert hatten, kamen unterschiedliche Meinungen auf. Einige Leute lobten diese Methode als einfach und effektiv, während andere sie nach Tests mit Instrumenten für völlig undurchführbar hielten. Warum gibt es zwischen den beiden Parteien so große Meinungsunterschiede? Lassen Sie uns heute die möglichen Gründe für jeden dieser Punkte analysieren.

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Es besteht ein Unterschied zwischen der gefühlten Temperatur und der tatsächlichen Temperatur

Schauen wir uns zunächst die Gegenseite an. Der gesunde Menschenverstand sagt uns, dass es umso kühler ist, je niedriger die Temperatur ist. Daher hat die Gegenpartei die Temperatur des Windes als Kriterium dafür gemessen, ob es kühler ist. Im Vergleich dazu zeigte sich, dass die Windtemperatur nach der Installation der Wasserflasche nicht abnahm, sondern etwas höher war als bei einem normalen Ventilator. Wenn diese Messungen zutreffen, werden wir uns aus dieser Perspektive durch das Hinzufügen von Wasserflaschen nicht kühler fühlen, sondern möglicherweise sogar wärmer.

Internetnutzer führten Messungen durch und stellten fest, dass die Temperatur der Flaschenöffnung anstieg, anstatt abzunehmen. Das Hinzufügen einer Wasserflasche zum Ventilator scheint ihn nicht kühler zu machen. Bildquelle: bilibili @哏工坎智能

Tatsächlich erzeugt unser Körper jedoch ständig Wärme und gibt sie gleichzeitig ab, wodurch eine Lücke zwischen der von uns gefühlten Temperatur und der tatsächlichen Lufttemperatur entsteht. Um diese Unterscheidung vorzunehmen, wird häufig das Konzept der gefühlten Temperatur verwendet. Bei gleicher Temperatur ist die gefühlte Temperatur höher, wenn es für den Körper schwieriger ist, Wärme abzuleiten. Umgekehrt ist die gefühlte Temperatur niedriger und wir fühlen uns kühler, wenn die Wärme leichter abgeleitet werden kann. Mit anderen Worten: Die Wärmeableitung beeinflusst unsere wahrgenommene Körpertemperatur .

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Wie wirkt sich die Wärmeableitung auf die gefühlte Temperatur aus?

Der menschliche Körper kann Wärme auf vier Arten abgeben: Strahlung, Konvektion, Leitung und Verdunstung.

Vier Arten der Wärmeableitung im menschlichen Körper: Strahlung, Konvektion, Leitung und Verdunstung. Quelle: Referenz [1]

Strahlungskühlung

Die Wärme wird in Form elektromagnetischer Strahlung an die Umgebung abgegeben. Je größer der Temperaturunterschied zwischen Körper und Umgebung ist, desto größer ist die Körperfläche, der Wärme ausgesetzt ist, und desto mehr Wärme wird durch Strahlung abgeführt . -

Konvektionskühlung

Durch die Luftbewegung wird Wärme vom Körper an die Umgebung abgegeben. Je höher die Windgeschwindigkeit, desto stärker ist die konvektive Wärmeableitung . -

Konduktionskühlung

Die Wärmeübertragung erfolgt über Gegenstände, die in direktem Kontakt mit dem Körper stehen. Je besser die Wärmeleitfähigkeit des Kontaktobjekts ist, desto mehr Wärme kann durch Wärmeleitung abgeleitet werden .

Verdunstungskühlung

Im heißen Sommer können wir uns zur Regulierung unserer Körpertemperatur grundsätzlich nur auf die Ableitung von Verdunstungswärme verlassen, und die offensichtlichste Art der Ableitung von Verdunstungswärme ist das Schwitzen . Auch wenn Sie nicht schwitzen, verdunsten ständig Körperflüssigkeiten über die Haut und Schleimhautoberflächen. Durch den Verdunstungsprozess wird Wärme absorbiert und ein zu hoher Körpertemperatur verhindert. Je höher die Windgeschwindigkeit und je trockener die Luft, desto schneller ist die Verdunstung und desto mehr Wärme wird abgeführt .

Wenn die Temperatur höher als die Körpertemperatur ist, gibt der Körper Wärme durch die Verdunstung von Schweiß ab. Bildquelle: Sina Sports Daher können wir grundsätzlich feststellen, dass neben der Temperatur auch Faktoren wie Windgeschwindigkeit, Luftfeuchtigkeit, Luftdruck und die Menge der getragenen Kleidung die Wärmeableitung des Körpers beeinflussen und dadurch die wahrgenommene Temperatur verändern. Beispielsweise wird sich bei gleicher Temperatur der feuchte Winter im Süden kälter anfühlen als der trockene Winter im Norden, und der feuchte und heiße Sommer an der Küste wird unerträglicher sein als der trockene und heiße Sommer im Landesinneren.

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Wie wird aus einem Ventilator eine „Klimaanlage“?

Wenn wir uns den im Internet verbreiteten Plan zur Lüftermodifikation noch einmal ansehen, können wir erkennen, dass der Lüfterluftstrom nach dem Hinzufügen der Wasserflasche vom breiteren Boden der Flasche eintritt und dann aus der dünneren Flaschenöffnung herausströmt. Der Flüssigkeitsfluss folgt dem Prinzip der Massenerhaltung. Je enger der Raum, desto schneller die Durchflussrate. Theoretisch hat der aus der Flaschenöffnung austretende Wind also eine höhere Geschwindigkeit als der Wind, der von einem normalen Ventilator geblasen wird.

Aus der vorherigen Einführung wissen wir, dass die Körperwärme umso besser durch Konvektion und Verdunstung abgeleitet werden kann, je höher die Windgeschwindigkeit ist, wodurch wir uns kühler fühlen . Aus dieser Perspektive können Internetnutzer, die diesen Plan unterstützen, auch eine wissenschaftliche Grundlage finden.

Bildquelle: Photo Network

Wird dieser Plan also definitiv funktionieren? Wenn es funktioniert, warum entwickeln die Hersteller dann keine elektrischen Ventilatoren dieser Art? Tatsächlich ist es schwierig, eine Schlussfolgerung zu ziehen, da zu viele Faktoren die gefühlte Temperatur beeinflussen und diese Faktoren miteinander in Beziehung stehen. Bei der Durchführung theoretischer Analysen ist es schwierig, die Ergebnisse aller Faktoren zusammen vollständig zu berücksichtigen . Beispielsweise kann der Wind möglicherweise nicht vollständig aus der Flaschenöffnung entweichen. Es kann zu den Seiten des unbedeckten Bereichs wegrutschen, wodurch weniger Wind auf den Körper trifft. Selbst wenn uns aus der Flaschenöffnung ein kleiner Luftstrom mit hoher Geschwindigkeit entgegenbläst, konzentriert er sich nur auf einen kleinen Bereich des Körpers, sodass eine Kühlung des gesamten Körpers nicht möglich ist.

Wenn Sie möchten, dass der Ventilator kühler bläst, können Sie einige Eiswürfel vorbereiten und vor den Ventilator legen oder Sie können einige mit Wasser getränkte Papiertücher oder Watte verwenden . Das Prinzip hierbei ist eigentlich eine erweiterte Version der extrakorporalen Verdunstungswärmeableitung. Das Schmelzen von Eis und die Verdunstung von Wasser können Wärme absorbieren und die Temperatur der umgebenden Luft senken. Wenn der Ventilator bläst, erreicht die kalte Luft den Körper und kühlt uns ab. Das Gefühl ist deutlicher, wenn Sie näher am Ventilator sind.

So können Sie beispielsweise einen Stapel feuchter Papiertücher vor den Ventilator legen. Bildquelle: Ein witziger Internetnutzer meinte, dass Übung letztendlich den Meister macht. Sie können es ausprobieren und sehen, welche Methode effektiver ist. Teilen Sie Ihre Gefühle im Kommentarbereich mit~

Verweise

[1] Peng Y, Cui Y. (2020). Fortschrittliche Textilien für persönliches Wärmemanagement und Energie. Joule.4(4),724-742.

Autor: Wei Anran, Anwendungsingenieur, PhD in Mechanik, Shanghai Jiao Tong University

Planung & Bearbeitung: Ding Dong

Quelle des Titelbildes: People's Daily Video Account