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

Osłony grzejników z PFA są dostępne w dwóch popularnych wariantach kolorystycznych: naturalnym (przezroczystym,-białym) i czarnym pigmentowanym (-z zawartością węgla). Przy całkowitym zanurzeniu kolor nie ma mierzalnego wpływu na wydajność grzejnika, ponieważ w przenoszeniu ciepła dominuje konwekcja, a otaczająca ciecz pochłania energię promieniowania, zanim dotrze ona do osłony. W instalacjach na wolnym powietrzu,-na wolnym powietrzu-takich jak promienniki podczerwieni, grzejniki kanałowe lub grzejniki umieszczone nad powierzchniami cieczy w częściowo napełnionych zbiornikach,-kolor znacząco zmienia ilość energii promieniowania, jaką powłoka PFA pochłania z otoczenia lub do niego emituje. PFA pigmentowane na czarno pochłania 85–95% padającego promieniowania podczerwonego, podczas gdy naturalny PFA przepuszcza 60–80% padającego promieniowania podczerwonego przez osłonę i odbija większość pozostałej części. Ta różnica wpływa na trzy praktyczne wyniki: czas nagrzewania się grzejnika-od temperatury otoczenia, jego temperaturę równowagi w obecności zewnętrznych źródeł promieniowania oraz naprężenie termiczne na metalowej powierzchni styku PFA-.

Charakterystyka absorpcji i transmisji według długości fali

The optical properties of PFA depend on the presence of carbon black pigment (typically 1–3% by weight) and the wavelength of incident radiation. For ultraviolet (UV) and visible light (300–700 nm), natural PFA has high transmittance (70–85%) and low absorption. The material appears translucent because suspended crystallites scatter light but do not absorb it. Black pigmented PFA absorbs >90% w całym spektrum UV-widzialnego-IR ze względu na cząsteczki węgla, które są skutecznymi absorberami szerokopasmowymi. W przypadku promieniowania bliskiej-podczerwieni (700–2500 nm), obszaru istotnego dla ogrzewania cieplnego przez ściany gorącego zbiornika lub sąsiednie grzejniki, naturalny PFA pozostaje częściowo przezroczysty z przepuszczalnością 40–60% i współczynnikiem odbicia 15–25%. Pozostałe 20–35% jest pochłaniane przez sam polimer, głównie przez podteksty drgań wiązań węglowych-fluorowych. Czarny PFA w tym samym zakresie NIR pochłania 85–92%, przy znikomej przepuszczalności przez ściankę o grubości 1,5 mm.

W przypadku średniej- i dalekiej-podczerwieni (2500–15 000 nm), odpowiadającej emisji ciepła z obiektów o temperaturze 50–300 stopni, oba materiały stają się wysoce absorpcyjne, ponieważ długości fal odpowiadają podstawowym wibracjom molekularnym. Naturalny PFA pochłania 70–80% przy tych długościach fal; czarny PFA pochłania 90–95%. Praktyczną konsekwencją jest to, że kolor ma największe znaczenie, gdy grzejnik jest wystawiony na działanie źródeł promieniowania o szczytowej długości fal emisji poniżej 2500 nm-w szczególności światła słonecznego (szczyt przy 500 nm), oświetlenia żarowego (1000–2000 nm) lub gorących powierzchni metalowych o temperaturze powyżej 300 stopni (emisja szczytowa<5,000 nm). In typical industrial open-air installations with ambient temperatures of 20–50°C and no nearby hot objects, the difference between natural and black PFA is minor because the dominant heat transfer mode is convection to air, not radiation absorption.

Ładowanie energii słonecznej i wydajność instalacji zewnętrznej

W przypadku grzejników PFA zainstalowanych na zewnątrz lub w miejscach nasłonecznionych kolor znacząco wpływa na temperaturę równowagi płaszcza, gdy grzejnik jest odłączony- od zasilania. Naturalna osłona PFA przepuszcza 70–80% padającego promieniowania słonecznego (widmo AM1,5, szczyt 1000 W/m²) przez polimer do metalowego rdzenia poniżej. Ciemny metalowy rdzeń pochłania przesyłaną energię, nagrzewa się i odprowadza ciepło z powrotem do PFA. Temperatura równowagi naturalnego grzejnika PFA w pełnym słońcu przy 30 stopniach otoczenia i bez wewnętrznego zasilania wynosi około 45–50 stopni. Grzejnik PFA z czarnym pigmentem pochłania energię słoneczną bezpośrednio z powierzchni zewnętrznej, osiągając temperaturę równowagi 65–75 stopni w tych samych warunkach-o 20–25 stopni cieplejszych. Ta różnica jest istotna z dwóch powodów. Po pierwsze, wyższa temperatura bazowa czarnego PFA zwiększa naprężenia termiczne podczas kolejnych-cykli włączania. Czarny grzejnik rozpoczynający się od temperatury 70 stopni wymaga jedynie podniesienia o 80 stopni, aby osiągnąć temperaturę roboczą 150 stopni, podczas gdy naturalny grzejnik rozpoczynający się od 50 stopni wymaga wzrostu o 100 stopni, tworząc o 20% mniejsze naprężenie rozszerzalności cieplnej w czarnym materiale. Po drugie, podwyższona temperatura w stanie spoczynku czarnego PFA przyspiesza atak chemiczny zanieczyszczeń atmosferycznych (mgły kwasowe, opary chloru), ponieważ szybkość reakcji w przybliżeniu podwaja się na każde 15–20 stopni wzrostu temperatury. W przypadku instalacji zewnętrznych w środowiskach agresywnych chemicznie, naturalny PFA zapewnia dłuższy okres bezczynności ze względu na niższą absorpcję światła słonecznego.

Efekt ogrzewania słonecznego odwraca się w nocy lub w zacienionych warunkach. Naturalne PFA, będąc bardziej przezroczystymi dla promieniowania cieplnego, emitują również mniej skutecznie w przypadku długich fal. Pomiary chłodzenia radiacyjnego pokazują, że naturalny grzejnik PFA przy bezchmurnym nocnym niebie schładza się do 5–8 stopni poniżej temperatury otoczenia, podczas gdy czarny grzejnik PFA schładza się jedynie do 2–3 stopni poniżej temperatury otoczenia. W przypadku zastosowań w zimnym klimacie, gdzie grzejnik musi utrzymywać minimalną temperaturę, aby zapobiec kondensacji lub zamarzaniu, silniejsze chłodzenie radiacyjne naturalnego PFA działa na niekorzyść operatora, wymagając więcej energii do utrzymania wartości zadanej.

Przewodnik doboru kolorów według środowiska instalacji

Wniosek: zanurzenie usuwa różnice w kolorach; Open Air wymaga wyboru

W przypadku pracy całkowicie zanurzonej kolor osłony grzejnika z PFA nie ma mierzalnego wpływu na wydajność, trwałość lub wydajność, ponieważ konwekcja dominuje w przenoszeniu ciepła, a otaczająca ciecz blokuje wymianę promieniowania. W instalacjach na wolnym powietrzu-w większości środowisk zewnętrznych i środowisk agresywnych chemicznie preferowany jest naturalny (półprzezroczysty) PFA, ponieważ pochłania mniej promieniowania słonecznego, utrzymuje niższą temperaturę w stanie spoczynku i ogranicza agresję chemiczną. PFA pigmentowany na czarno sprawdza się tylko wtedy, gdy promiennik ma emitować energię promieniowania (jako promiennik podczerwieni) lub gdy instalacja jest zacieniona i nieco wyższa emisyjność poprawia przekazywanie ciepła do celu. W przypadku grzejników częściowo zanurzonych-tych, których górna część jest wystawiona na działanie powietrza-decyzja o kolorze powinna opierać się na otoczeniu odsłoniętej części. Grzejnik z naturalnego PFA z pomalowaną na czarno lub oklejoną taśmą częścią w strefie powietrznej to kompromis rzadko uzasadniony. Najbezpieczniejszą domyślną specyfikacją dla ogólnych-nagrzewnic PFA na wolnym powietrzu-jest zabarwienie naturalne, przy czym kolor czarny jest zarezerwowany dla określonych zastosowań ogrzewania promiennikowego, gdzie głównym parametrem projektowym jest emitancja, a nie absorpcja.