Kako barva plašča PFA (naravna v primerjavi s črno pigmentirano) vpliva na absorpcijo sevalne toplote v-namestitvah na prostem?

Grelni plašči PFA so na voljo v dveh standardnih barvnih različicah: naravni (prosojni, umaza-beli) in črno pigmentirani (z-ogljikom). Če je grelnik popolnoma potopljen, barva grelnika nima zaznavnega vpliva na njegovo učinkovitost, saj je konvekcija prevladujoč način prenosa toplote in vso sevalno energijo absorbira okoliška tekočina, preden lahko doseže ovoj. Pri-aplikacijah na prostem-, kot so infrardeči sevalni grelniki, grelniki zračnih kanalov ali grelniki nad površino tekočine v delno napolnjenih rezervoarjih-ima barva velik vpliv na količino sevalne energije, ki jo absorbira ovoj PFA iz okolice ali oddaja vanjo. Črno pigmentiran PFA absorbira 85-95 % vpadnega IR. Naravni PFA prepušča 60-80 % vpadnega IR skozi ovoj in odbija večino preostalega. Ta razlika vpliva na tri praktične posledice: čas ogrevanja grelnika iz okolja, njegovo ravnotežno temperaturo pod zunanjimi viri sevanja in toplotno obremenitev na vmesniku PFA-kovina.

Od valovne dolžine odvisne absorpcijske in prenosne lastnosti
The optical properties of PFA rely upon the presence of the carbon black pigment (normally 1-3% by weight) and the wavelength of incident radiation. Natural PFA has good transparency (70–85 %) and low absorption for ultraviolet (UV) and visible light (300–700 nm). The material looks translucent because the light is scattered by the floating crystallites, not absorbed. Black coloured PFA has absorption >90 % v celotnem UV-vidnem-IR spektru. To je posledica ogljikovih delcev, ki so učinkoviti širokopasovni absorberji. V bližnjem-območju infrardečega sevanja (700–2500 nm), ki je relevantno za toplotno ogrevanje sten vročega rezervoarja ali sosednjih grelnikov, naravni PFA kljub temu ostaja večinoma prozoren s 40–60 % prepustnostjo in 15–25 % odbojnostjo. Preostalih 20–35 % absorbira sam polimer, večinoma zaradi tonov nihanja vezi ogljik–fluor. Črni PFA v istem pasu NIR absorbira 85–92 % z zanemarljivo prepustnostjo skozi 1,5 mm debelino stene.

Srednji- in daljni-infrardeči (2500–15000 nm) ustreza toplotni emisiji predmetov v območju 50–300 stopinj. V tem območju sta oba materiala zelo absorpcijska, saj valovni dolžini ustrezata osnovnim molekularnim nihanjem. Naravni PFA absorbira pri teh valovnih dolžinah 70-80 %. Črna PFA absorbira 90-95 %. Barva je v praktičnem smislu najpomembnejša, ko je grelec izpostavljen virom sevanja z najvišjo valovno dolžino emisij pod 2500 nm. To je sončna svetloba (najvišja vrednost 500 nm), žarnice z žarilno nitko (1000–2000 nm) ali vroče kovinske površine nad 300 oC (najvišja emisija<5,000 nm). In common industrial open-air installations with an ambient temperature of 20–50°C and no hot items in the vicinity, the difference between natural and black PFA is minimal, since the primary route of heat transfer is convection to air and not radiation absorption.

Izvedba na prostem in sončna obremenitev instalacije
Pri grelnikih PFA, ki se uporabljajo zunaj ali v sončnih območjih, je barva pomemben dejavnik pri določanju ravnovesne temperature plašča, ko je grelnik brez-napajanja. 70-80 % vpadne sončne svetlobe (spekter AM1,5, vrh 1000 W/m 2) se prenaša skozi polimer do spodnjega kovinskega jedra prek naravnega plašča PFA. Preneseno energijo absorbira črno kovinsko jedro, ki se segreje in prenaša toploto nazaj na PFA. Ravnotežna temperatura okoli 45-50 stopinj C je dosežena v naravnem PFA grelniku na polnem soncu pri 30 stopinjah C okolja in brez notranje elektrike. Grelnik PFA s črnim pigmentom absorbira sončno energijo neposredno na zunanji površini in pri enakih pogojih doseže ravnovesno temperaturo 65-75 stopinj - 20-25 stopinj topleje. Ta razlika je pomembna iz dveh razlogov. Prvič, višja osnovna temperatura črnega PFA poveča toplotno obremenitev v naslednjih ciklih vklopa. Na primer, črni grelnik, ki se začne pri 70C, se mora povzpeti le na 80C, da doseže delovno temperaturo 150C. Naravni grelnik, ki se začne pri 50C, mora povečati temperaturo za 100C. To pomeni 20 % manjšo napetost pri toplotnem raztezanju črnega materiala. Drugič, višja temperatura v prostem teku črnega PFA poveča morebitne kemične napade atmosferskih onesnaževalcev (kislinske meglice, klorovi hlapi), saj se hitrosti reakcije povečajo približno za faktor dva za vsakih 15–20 stopinj dviga temperature. Naravni PFA ima daljšo življenjsko dobo pri zunanjih inštalacijah v kemično zahtevnih pogojih zaradi manjše absorpcije sonca.

Ponoči ali v senci je učinek sonca obraten. Naravna PFA je bolj pregledna za toplotno sevanje in zato manj učinkovito oddaja pri dolgih valovnih dolžinah. Meritve sevalnega hlajenja kažejo, da se bo naravni grelnik PFA na jasnem nočnem nebu ohladil na 5-8 stopinj pod temperaturo okolja, medtem ko bo črni grelnik PFA padel le na 2-3 stopinje pod temperaturo okolja. Za aplikacije v hladnih območjih, kjer mora grelnik vzdrževati minimalno temperaturo, da prepreči kondenzacijo ali zmrzovanje, močnejše sevalno hlajenje naravnega PFA deluje proti operaterju in zahteva dodatno energijo za vzdrževanje nastavljene vrednosti.

Priročnik za izbiro barve za okolje namestitve
Okolje namestitve Prevladujoč način prenosa toplote Priporočena barva PFA Glavni razlog
Popolnoma potopljen v tekočino (katera koli barva tekočine) Konvekcija (bodisi prisilna ali naravna) Bodisi (ni razlike) Prevladuje izmenjava toplote s tekočino; barva ni pomembna
Odprt zrak v zaprtih prostorih, brez sončne svetlobe, brez vročih površin blizu Naravna konvekcija v zrak Bodisi Sevalna izmenjava manjša; barvna razlika<2°C
Open air indoor, next to hot tank wall (>150 stopinj )Vroča stena + konvekcija Naravna (prozorna) Črna absorbira dodatno sevajočo toploto, zvišuje temperaturo plašča za 10-20 stopinj
Na prostem, neposredna sončna svetloba, zmerno okolje (20-35 stopinj okolja) Sončno sevanje + konvekcija Naravno Zniža temperaturo v mirovanju za 15-25 stopinj; omejuje sončno ogrevanje
Open air, direct sun, hot environment (>40 C ambient)Solar + konvekcijska črna, zrcalni ščitNaravna mirna toplota od prepuščenega sonca Namesto tega uporabite ščit
Grelec kot vir sevanja, zunaj v senci ali v zaprtih prostorih Črna Ciljna IR emisija Višja emisija (0,92 v primerjavi z . 0.75 za naravno) poveča učinkovitost
Agresivno okolje (kisla meglica, klor) Znižana površinska temperatura v prostem teku zmanjša stopnjo kemičnih napadov Vse naravne
Hladno podnebje, grelnik ohranja minimalno temperaturo (brez zmrzovanja) Črna Naravna konvekcija Zmanjša nočno sevalno hlajenje 2-3 % zmanjšanje izgube toplote
Grelnik viden upravljavcem (varnostna težava) Vsaka naravna (prosojna) črna je lahko videti "zažgana", tudi če deluje pravilno
Zaključek: Potopitev uniči barvne razlike Odprt zrak zahteva izbiro
Ko je grelni plašč PFA popolnoma potopljen, barva nima opaznega vpliva na delovanje, življenjsko dobo ali učinkovitost, saj konvekcija prevladuje pri prenosu toplote, okoliška tekočina pa ovira izmenjavo sevanja. Pri inštalacijah na prostem je za večino zunanjih in kemično agresivnih situacij prednostna naravna (prosojna) PFA zaradi zmanjšane absorpcije sončnega sevanja, kar povzroči nižjo temperaturo v mirovanju in zmanjšan kemični napad. Črno pigmentiran PFA je prednost samo, če grelec uporabljamo kot IR grelec ali če je namestitev v senci in nekoliko višja emisijska sposobnost poveča prenos toplote do cilja. Za delno potopljene grelnike-tiste, katerih zgornji del je izpostavljen zraku-bi morala biti barvna odločitev odvisna od okolja izpostavljenega območja. Naravni PFA grelnik s črno pobarvanim ali prelepljenim delom v zračni coni je kompromis, ki je le redko upravičen. Naravna barva je najvarnejša privzeta specifikacija za-splošne odprte-zračne grelnike PFA, pri čemer je črna ohranjena za posebne aplikacije sevalnega ogrevanja, kjer je oddajanje, ne absorpcija, bistveni konstrukcijski parameter.