Kako boja PFA ovojnice (prirodna naspram crne pigmentacije) utječe na apsorpciju zračenja topline u-instalacijama na otvorenom?

PFA grijaći omotači dostupni su u dvije standardne verzije boja: prirodna (prozirna, prljavo-bijela) i crno pigmentirana (s -ugljikom). Ako je grijač potpuno uronjen, boja grijača nema vidljiv učinak na njegovu učinkovitost budući da je konvekcija dominantan način prijenosa topline i svu energiju zračenja apsorbira okolna tekućina prije nego što stigne do omotača. U-primjenama na otvorenom-kao što su grijači infracrvenog zračenja, grijači zračnih kanala ili grijači iznad površine tekućine u djelomično napunjenim spremnicima-boja ima veliki učinak na količinu energije zračenja koju apsorbira PFA omotač iz okoline ili koja mu se emitira. Crno pigmentirani PFA apsorbira 85-95% upadnog IR. Prirodni PFA propušta 60-80% upadnog IR kroz omotač i reflektira većinu ostatka. Ova razlika utječe na tri praktične posljedice: vrijeme zagrijavanja grijača iz okoline, njegovu ravnotežnu temperaturu pod vanjskim izvorima zračenja i toplinsko naprezanje na granici PFA-metal.

Karakteristike apsorpcije i prijenosa ovisne o valnoj duljini
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% u punom UV-vidljivom-IR spektru. To je zbog čestica ugljika koje su učinkoviti širokopojasni apsorberi. U bliskom-infracrvenom rasponu zračenja (700–2500 nm), relevantnom području za toplinsko zagrijavanje stijenki vrućeg spremnika ili susjednih grijača, prirodni PFA ipak ostaje uglavnom proziran s 40–60% propusnosti i 15–25% refleksije. Preostalih 20-35 % apsorbira sam polimer, uglavnom prizvukom vibracija veze ugljik-fluor. Crni PFA u istom NIR pojasu apsorbira 85-92% sa zanemarivim prijenosom kroz 1,5 mm debljine stijenke.

Srednje- i daleko-infracrveno (2500–15000 nm) odgovara toplinskoj emisiji iz objekata u rasponu od 50–300 stupnjeva. U ovom rasponu oba materijala su vrlo apsorpcijska, jer valne duljine odgovaraju osnovnim molekularnim vibracijama. Prirodni PFA apsorbira na ovim valnim duljinama 70-80 %. Crni PFA upija 90-95 %. Boja je najvažnija, u praktičnom smislu, kada je grijač izložen izvorima zračenja s vršnim valnim duljinama emisije ispod 2500 nm. To je sunčeva svjetlost (vrh 500 nm), žarulja sa žarnom niti (1000-2000 nm) ili vruće metalne površine iznad 300oC (vršna 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 otvorenom i solarno opterećenje instalacije
Za PFA grijače koji se koriste vani ili u sunčanim regijama, boja je važan faktor za određivanje ravnotežne temperature omotača kada je grijač bez napona-. 70-80% upadne sunčeve svjetlosti (AM1,5 spektar, 1000 W/m 2 vrh) prenosi se kroz polimer do metalne jezgre ispod putem prirodnog PFA omotača. Prenesenu energiju apsorbira crna metalna jezgra, koja se zagrijava i prenosi toplinu natrag na PFA. Ravnotežna temperatura od oko 45-50 stupnjeva C postiže se u prirodnom PFA grijaču na punom suncu pri temperaturi od 30 stupnjeva C i bez unutarnje struje. Crno pigmentirani PFA grijač apsorbira sunčevu energiju izravno na vanjskoj površini postižući temperaturu ravnoteže od 65-75 stupnjeva pod istim uvjetima - 20-25 stupnjeva toplije. Ova razlika je važna iz dva razloga. Prvo, viša osnovna temperatura crnog PFA povećava toplinski stres u sljedećim ciklusima uključivanja. Na primjer, crni grijač koji počinje na 70C samo se treba popeti na 80C da bi dosegao radnu temperaturu od 150C. Prirodni grijač koji počinje na 50C mora povećati 100C. To znači 20% manje naprezanje toplinske ekspanzije u crnom materijalu. Drugo, viša temperatura mirovanja crnog PFA pojačava svaki kemijski napad od atmosferskih kontaminanata (kisele magle, pare klora) jer se stope reakcije povećavaju otprilike za faktor dva za svakih 15-20 stupnjeva povećanja temperature. Prirodni PFA ima duži vijek trajanja u vanjskim instalacijama u kemijski zahtjevnim uvjetima zbog manjeg upijanja sunca.

Noću ili u sjeni učinak grijanja sunca je obrnut. Prirodni PFA je transparentniji za toplinsko zračenje i stoga emitira manje učinkovito na dugim valnim duljinama. Mjerenja radijacijskog hlađenja pokazuju da će se prirodni PFA grijač na vedrom noćnom nebu ohladiti na 5-8 stupnjeva ispod temperature okoline, dok će crni PFA grijač pasti samo na 2-3 stupnja ispod temperature okoline. Za primjene u hladnim područjima gdje grijač mora održavati minimalnu temperaturu kako bi se spriječila kondenzacija ili smrzavanje, jače radijacijsko hlađenje prirodnog PFA djeluje protiv operatera, zahtijevajući dodatnu energiju za održavanje zadane vrijednosti.

Vodič za odabir boje za instalacijsko okruženje
Okruženje instalacije Dominantni način prijenosa topline Preporučena PFA boja Glavni razlog
Potpuno uronjen u tekućinu (tekućina bilo koje boje) Konvekcija (bilo prisilna ili prirodna) Bilo (bez razlike) Izmjena topline je dominantna tekućina; boja nije bitna
Otvoreni zrak u zatvorenom prostoru, bez sunčeve svjetlosti, bez vrućih površina u zatvorenom Prirodna konvekcija u zrak Bilo Izmjena zračenja manja; razlika u boji<2°C
Open air indoor, next to hot tank wall (>150 stupnjeva ) Vrući zid + konvekcija Prirodna (prozirna) crna apsorbira dodatnu toplinu zračenja, podižući temperaturu omotača za 10-20 stupnjeva
Na otvorenom, izravna sunčeva svjetlost, umjereno okruženje (20-35 stupnjeva ambijenta) Sunčevo zračenje + konvekcija Prirodno Smanjuje temperaturu u mirovanju za 15-25 stupnjeva; ograničava solarno grijanje
Open air, direct sun, hot environment (>40 C ambijentalna) Solarna + konvekcija Crni, zrcalni štit Prirodna mirna toplina od propuštene sunčeve svjetlosti Umjesto toga koristite štit
Grijač kao izvor zračenja, vani u sjeni ili u zatvorenom. Crna Ciljana IC emisija Veća emisivnost (0,92 u odnosu na . 0.75 za prirodnu) povećava učinkovitost
Agresivno okruženje (kisela magla, klor) Smanjena temperatura površine u stanju mirovanja smanjuje stopu kemijskog napada Bilo koje prirodno
Hladna klima, grijač održava minimalnu temperaturu (bez smrzavanja) Crna Prirodna konvekcija Smanjuje noćno radijacijsko hlađenje 2-3% smanjenje gubitka topline
Grijač vidljiv rukovateljima (sigurnosno pitanje) Bilo koja prirodna (prozirna) crna može izgledati "izgoreno" čak i ako ispravno radi
Zaključak: Potapanje ubija razlike u boji Otvoreni zrak zahtijeva izbor
Kada je plašt grijača od PFA potpuno uronjen, boja nema vidljiv učinak na izvedbu, vijek trajanja ili učinkovitost budući da konvekcija dominira prijenosom topline, a okolna tekućina ometa izmjenu zračenja. Za instalacije na otvorenom, prirodni (prozirni) PFA je poželjan za većinu vanjskih i kemijski agresivnih situacija zbog njegove smanjene apsorpcije sunčevog zračenja, što rezultira nižom temperaturom mirovanja i smanjenim kemijskim napadom. Crno pigmentirani PFA je prednost samo ako se grijač koristi kao IR grijač ili je instalacija u sjeni, a nešto veća emisivnost poboljšava prijenos topline do cilja. Za djelomično uronjene grijače-one s gornjim dijelom izloženim zraku-odluka o boji trebala bi ovisiti o okolišu izloženog područja. Prirodni PFA grijač s crnom bojom ili oblijepljenom površinom u zoni zraka rijetko je opravdan kompromis. Prirodna boja je najsigurnija zadana specifikacija za-otvorene-zračne PFA grijače opće namjene, s crnom zadržanom za posebne primjene grijanja zračenjem gdje je emisija, a ne apsorpcija, bitan parametar dizajna.