Erittäin mielenkiintoisia mittauksia! Ja jälleen kerran tieto lisää tuskaa eli avoimia kysymyksiä herää enemmän kuin vastauksia saa.
Ajattelin herätellä pohdintaa / tutkimusta säilössä olevan veden lämpötilan vaikutuksesta.
Näistä hienoista mittauksista voinee todeta, että Silvia varastoi noin t = 50 s ajassa P = 1100 W teholla lämpöenergiaa E = P t = 55 kJ. Tämä enegia menetetään 15 minuutin kuluessa, niin keskimääräinen hukkateho on noin Ph = 61 W. Jäähtyminen noudattaa exponentiaalisen muotonsa kuvaamana hyvin pitkälle Newtonin jäähtymislakia. Toki säteily- ja konvektiohäviöt jyrkentävät käyrää hieman suuremmissa lämpötiloissa. Kuitenkin suhteellisen hitaan prosessin johdosta boilerin sisällä olevan veden lämpötila seurannee melko tarkasti ulkolämpötilaa seinämän lämpövastuksen aiheuttaman erotuksella.
Tehdään seuraavaksi yksinkertaistettu ajatuskoe siitä, miten käytetyn veden lämpötila vaikuttaa. Tiedämme, että järjestelmässä on viivettä siten, etteivät kylmä ja jo kuumennettu vesi sekoitu kovin tehokkaasti, vaan lämpöelementin ja kylmän ottovedenkin vaikutus näkyy kahvassa lähinnä uuton loppupuolella. (Laskevalla lämpötilakäyrällä elementti tietysti ei ole käytössä)
Shottia tehtäessä säiliön vesi voi olla juuri hanasta otettuna 10 Celsius asteista tai pitempään lämmenneenä huoneen lämpötilaa korkeammalla. Otetaan esim. 25 Celsius asteista eli lämpötilaero voi olla ΔT = 15 K. Tällöin käytettäessä 60 ml vettä tuplaespressoa varten voidaan veden lämpötilan nostamiseksi tarvita Q = m c ΔT = 0,06 kg * 4,19 kJ / (kg * K) * 15 K = 3,8 kJ energiaa. Tämä vastaa jäähtymisaikaa t2 = Q / Ph = 62 s. Lisäämällä tähän normaalin 25 sekunnin valutuksen hukkaenergia-ajan, lopussa energiaa on poistunut "noin 90 sekunnin edestä" energiaa. Tästä voidaan kuvaajien perusteella päätellä, että kylmemmän veden käyttö jäähdyttäisi systeemiä maksimissaan noin 3 - 3,5 astetta Celsiusta enemmän kuin lämpimän käyttö uuton aikana. Tämä näkyisi varmasti vastaavasti myös kahvaan tulevan veden lämpötilassa shotin valutuksen lopulla.
Olisikin mielenkiintoista nähdä, onko tällä teorialla todellisuuspohjaa. Lisäksi koska tämä käänteinen lämpösurffaus on melko hidasta, niin kiinnostaisi myös tietää kuinka paljon riittävän kylmällä vedellä voisi kompensoida tavanomaisen elementin päällä olessa nousevalla käyrällä tapahtuvaa lämpötilan nousua valutusajan loppua kohden. (Ajoituksen ja termostaakin kytkentälämpötilan epätarkkuudesta johtuvat virheet toki heikentävät tässä tavassa toistettavuutta hieman)
Tätä perinteistä lämpötilasurffausajatustahan voi teoriassa ajatella niin, että kun 25 s aikan 0,6 dl hieman huoneenlämpöä lämpimämpää vettä käytetään shottin tekoon nostaen sen lämpötilaa 75 K, vaatii tämä lämmitystehon P' = 0,06 kg / 25 s * 4,19 kJ / kg / K * 75 K =~ 760 W. Tähän kun lisää tuon 60 W lämpöhäviön, niin 230 V 1100 W euro-mallissa "liikatehoa" on ehkäpä n. 280 W, joka tuo n. 7 kJ liikaa energiaa shotin aikana. Kompensoidakseen tämän 60 ml veden lämpötilan pitäisi siis olla 28 Celsius astetta kylmempää eli käytännössä niin kylmää kuin hanasta saa. (Jäitä sekaan?) [Tämä laskelma on aika herkkä veden määrälle: Jos vettä kuluu 70 ml, veden tarvitsisi olla "vain" 13 astetta Celsiusta kylmempää]
Loppuyhteenvetona siis:
- Säiliössä olevan kylmän veden lämpötilan vaikutus kämpötilastabiiliuteen filtterissä oikean tuplashotin aikana olisi mielenkiintoinen mittaus; Tuleeko talvipakkasella (kylmä hanavesi) ja kesähelteellä (lämmin hanavesi) erilainen tulos lämpötilastabiiliudesta?
- Voisi olla hyvä käytäntö ilmoittaa käytetyn kylmän veden lämpötila. ja miksei huoneenkin lämpötila.
- Myös lämmityselementti päällä tehtyjen valutusten mittaukset ja kylmän veden loppulämpöä kompensoiva vaikutus olisivat mielenkiintoisia asioita.
EDIT: muutin kaikki laskelmat 60 ml:lle