W jaki sposób kolor powłoki PFA (naturalny lub czarny pigmentowany) wpływa na absorpcję ciepła promieniowania w instalacjach na otwartej przestrzeni-?

Osłony grzejników z PFA oferowane są w dwóch standardowych wersjach kolorystycznych: naturalnej (przezroczysty,-biały) i pigmentowanej na czarno (-doładowany węglem). Jeśli grzejnik jest całkowicie zanurzony, kolor grzejnika nie ma zauważalnego wpływu na jego skuteczność, ponieważ konwekcja jest dominującym sposobem przenoszenia ciepła, a wszelka energia promieniowania jest pochłaniana przez otaczającą ciecz, zanim dotrze ona do osłony. W zastosowaniach na wolnym powietrzu,-na otwartej przestrzeni-takich jak promienniki podczerwieni, grzejniki kanałowe lub grzejniki nad powierzchnią cieczy w częściowo napełnionych zbiornikach,-kolor ma główny wpływ na ilość energii promieniowania pochłanianej przez powłokę PFA z otoczenia lub do niego emitowanej. Czarny barwnik PFA pochłania 85-95% padającego promieniowania podczerwonego. Naturalny PFA przepuszcza 60-80% padającego promieniowania podczerwonego przez powłokę i odbija większość pozostałej części. Różnica ta wpływa na trzy praktyczne konsekwencje: czas nagrzewania grzejnika od otoczenia, jego temperaturę równowagową pod zewnętrznymi źródłami promieniowania oraz naprężenie termiczne na granicy faz PFA-metal.

Charakterystyka absorpcji i transmisji zależna od długości fali
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% w pełnym spektrum UV-widzialnego-IR. Dzieje się tak dzięki cząstkom węgla, które są skutecznymi absorberami szerokopasmowymi. W zakresie promieniowania bliskiej-podczerwieni (700–2500 nm), obszarze właściwym dla ogrzewania ścian gorącego zbiornika lub sąsiednich grzejników, naturalny PFA pozostaje jednak w dużej mierze przezroczysty z przepuszczalnością 40–60% i współczynnikiem odbicia 15–25%. Pozostałe 20–35% jest pochłaniane przez sam polimer, głównie przez podteksty drgań wiązań węgiel-fluor. Czarny PFA w tym samym paśmie NIR pochłania 85-92% przy znikomej przepuszczalności przez grubość ścianki 1,5 mm.

Średnia- i daleka-podczerwień (2500–15 000 nm) odpowiadają emisji ciepła z obiektów w zakresie 50–300 stopni. W tym zakresie oba materiały są bardzo chłonne, ponieważ długości fal odpowiadają podstawowym wibracjom molekularnym. Naturalny PFA pochłania przy tych długościach fal 70-80%. Czarny PFA wchłania 90-95%. Z praktycznego punktu widzenia kolor ma największe znaczenie, gdy grzejnik jest wystawiony na działanie źródeł promieniowania o szczytowej długości fali emisji poniżej 2500 nm. Czyli światło słoneczne (szczyt 500 nm), żarówki (1000-2000 nm) lub gorące powierzchnie metalowe o temperaturze powyżej 300oC (emisja szczytowa<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.

Wydajność na zewnątrz i obciążenie słoneczne instalacji
W przypadku grzejników PFA używanych na zewnątrz lub w nasłonecznionych regionach kolor jest ważnym czynnikiem pozwalającym określić równowagę temperatury płaszcza, gdy grzejnik jest pozbawiony-wyłączonego zasilania. 70-80% padającego światła słonecznego (widmo AM1,5, szczyt 1000 W/m 2 ) jest przekazywane przez polimer do metalowego rdzenia poniżej poprzez naturalną osłonę PFA. Przenoszona energia jest pochłaniana przez czarny metalowy rdzeń, który nagrzewa się i przekazuje ciepło z powrotem do PFA. Temperaturę równowagi około 45{15}}50 stopni C osiąga się w naturalnym grzejniku PFA w pełnym słońcu, w temperaturze otoczenia 30 stopni C i bez wewnętrznego prądu. Czarny pigmentowany grzejnik PFA pochłania energię słoneczną bezpośrednio na zewnętrznej powierzchni, osiągając temperaturę równowagi 65-75 stopni w tych samych warunkach - 20-25 stopni cieplej. Rozbieżność ta jest istotna z dwóch powodów. Po pierwsze, wyższa temperatura bazowa czarnego PFA zwiększa naprężenia termiczne w kolejnych cyklach włączania. Na przykład czarny grzejnik, którego temperatura zaczyna się od 70°C, musi wzrosnąć jedynie do 80°C, aby osiągnąć temperaturę roboczą 150°C. Naturalny grzejnik rozpoczynający się od 50°C musi zwiększyć temperaturę o 100°C. Oznacza to o 20% mniejsze naprężenie rozszerzalności cieplnej w czarnym materiale. Po drugie, wyższa temperatura w stanie spoczynku czarnego PFA nasila atak chemiczny ze strony zanieczyszczeń atmosferycznych (mgły kwaśne, opary chloru), ponieważ szybkość reakcji wzrasta mniej więcej dwukrotnie na każde 15–20 stopni wzrostu temperatury. Naturalny PFA ma dłuższą żywotność w instalacjach zewnętrznych w trudnych warunkach chemicznych ze względu na niższą absorpcję światła słonecznego.

W nocy lub w cieniu efekt ogrzewania słonecznego jest odwrócony. Naturalny PFA jest bardziej przezroczysty dla promieniowania cieplnego, dlatego emituje mniej efektywnie przy długich falach. Pomiary chłodzenia radiacyjnego wskazują, że naturalny grzejnik PFA przy bezchmurnym nocnym niebie ostygnie do 5-8 stopni poniżej temperatury otoczenia, podczas gdy czarny grzejnik PFA spadnie jedynie do 2-3 stopni poniżej temperatury otoczenia. W przypadku zastosowań w zimnych obszarach, gdzie grzejnik musi utrzymywać minimalną temperaturę, aby zapobiec kondensacji lub zamarzaniu, silniejsze chłodzenie radiacyjne naturalnego PFA działa na niekorzyść operatora, wymagając dodatkowej energii do utrzymania wartości zadanej.

Przewodnik doboru kolorów dla środowiska instalacji
Środowisko instalacji Dominujący tryb przenoszenia ciepła Zalecany kolor PFA Główny powód
Całkowicie zanurzone w cieczy (ciecz o dowolnym kolorze) Konwekcja (wymuszona lub naturalna) Albo (bez różnicy) Wymiana ciepła dominuje w cieczy; kolor nie ma znaczenia
Otwarte powietrze w pomieszczeniu, brak światła słonecznego, brak gorących powierzchni blisko Naturalna konwekcja z powietrzem Albo Wymiana promieniowania niewielka; różnica koloru<2°C
Open air indoor, next to hot tank wall (>150 stopni) Gorąca ściana + konwekcja Naturalny (przezroczysty) Czarny pochłania dodatkowe ciepło promieniowania, podnosząc temperaturę powłoki o 10-20 stopni
Na zewnątrz, bezpośrednie światło słoneczne, środowisko umiarkowane (20-35 stopni otoczenia) Promieniowanie słoneczne + konwekcja Naturalne Obniża temperaturę w stanie spoczynku o 15-25 stopni; ogranicza ogrzewanie słoneczne
Open air, direct sun, hot environment (>40 C otoczenia) Energia słoneczna + konwekcja Czarna, lustrzana tarcza Naturalne nieruchome ciepło z przechodzącego światła słonecznego Zamiast tego użyj osłony
Grzejnik jako źródło promieniowania, zacieniony na zewnątrz lub w pomieszczeniu. Czarny Ukierunkowana emisja podczerwieni. Wyższa emisyjność (0,92 w porównaniu z. 0.75 w przypadku temperatury naturalnej) zwiększa wydajność
Agresywne środowisko (mgła kwaśna, chlor) Obniżona temperatura powierzchni w stanie spoczynku zmniejsza ryzyko ataku chemicznego Dowolny Naturalny
Zimny ​​klimat, grzejnik utrzymuje minimalną temperaturę (bez zamarzania) Czarny Naturalna konwekcja Ogranicza nocne chłodzenie radiacyjne Zmniejszenie strat ciepła o 2-3%
Grzejnik widoczny dla operatorów (kwestia bezpieczeństwa) Każdy naturalny (przezroczysty) kolor czarny może wyglądać na „spalony”, nawet jeśli działa prawidłowo
Wniosek: Zanurzenie zabija różnice kolorów. Otwarte powietrze wymaga wyboru
Kiedy osłona grzejnika z PFA jest całkowicie zanurzona, kolor nie ma zauważalnego wpływu na wydajność, trwałość lub wydajność, ponieważ w przenoszeniu ciepła dominuje konwekcja, a otaczająca ciecz utrudnia wymianę promieniowania. W przypadku instalacji na wolnym powietrzu preferowany jest naturalny (półprzezroczysty) PFA w większości sytuacji zewnętrznych i agresywnych chemicznie ze względu na zmniejszoną absorpcję promieniowania słonecznego, co skutkuje niższą temperaturą na biegu jałowym i zmniejszonym atakiem chemicznym. Czarny pigmentowany PFA jest zaletą tylko w przypadku, gdy promiennik ma służyć jako promiennik podczerwieni lub instalacja jest zacieniona, a nieco wyższa emisyjność poprawia przenikanie ciepła do celu. W przypadku grzejników częściowo zanurzonych-tych, których górna część jest wystawiona na działanie powietrza-decyzja o kolorze powinna zależeć od środowiska w odsłoniętym obszarze. Grzejnik z naturalnego PFA z pomalowaną na czarno lub oklejoną powierzchnią w strefie powietrza to kompromis rzadko uzasadniony. Naturalny kolor to najbezpieczniejsza domyślna specyfikacja dla ogólnych-nagrzewnic PFA na wolnym powietrzu-, przy czym kolor czarny jest zachowywany w przypadku określonych zastosowań ogrzewania promiennikowego, gdzie emitancja, a nie absorpcja, jest zasadniczym parametrem projektowym.