Kā PFA apvalka krāsa (dabiskā pret melnu pigmentu) ietekmē tā starojuma siltuma absorbciju brīvā-gaisa iekārtās?

PFA sildītāju apvalki tiek piedāvāti divās standarta krāsu versijās: dabīgā (caurspīdīga, ne{0}}balta) un melna pigmenta (ar oglekli-nolādēta). Ja sildītājs ir pilnībā iegremdēts, sildītāja krāsai nav nosakāmas ietekmes uz tā efektivitāti, jo konvekcija ir dominējošais siltuma pārneses veids un jebkuru starojuma enerģiju absorbē apkārtējais šķidrums, pirms tas sasniedz apvalku. Lietojot -atklātā gaisā-, piemēram, infrasarkanos starojuma sildītājus, gaisa kanālu sildītājus vai sildītājus virs šķidruma virsmas daļēji piepildītās tvertnēs-, krāsai ir liela ietekme uz izstarojuma enerģijas daudzumu, ko PFA apvalks absorbē no apkārtnes vai izstaro uz tiem. Melnā pigmentētā PFA absorbē 85-95% no nejaušā IR. Dabīgais PFA caur apvalku pārraida 60-80% no krītošā IR un atspoguļo lielāko daļu pārējā. Šī atšķirība ietekmē trīs praktiskas sekas: sildītāja uzsilšanas laiku no apkārtējās vides, tā līdzsvara temperatūru pie ārējiem starojuma avotiem un termisko spriegumu PFA-metāla saskarnē.

No viļņa garuma atkarīgie absorbcijas un pārraides raksturlielumi
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% visā UV-redzamajā-IR spektrā. Tas ir saistīts ar oglekļa daļiņām, kas ir efektīvi platjoslas absorbētāji. Tuvajā infrasarkanā starojuma diapazonā (700–2500 nm), kas ir attiecīgais karstās tvertnes sienu vai blakus esošo sildītāju termiskās sildīšanas apgabals, dabiskais PFA joprojām ir lielā mērā caurspīdīgs ar 40–60% caurlaidību un 15–25% atstarošanu. Atlikušos 20–35 % absorbē pats polimērs, galvenokārt oglekļa-fluora saites vibrācijas. Melnais PFA tajā pašā NIR joslā absorbē 85-92% ar nenozīmīgu caurlaidību caur 1,5 mm sieniņu biezumu.

Vidējā- un tālā-infrasarkanais starojums (2500–15000 nm) atbilst termiskai emisijai no objektiem 50–300 grādu diapazonā. Šajā diapazonā abi materiāli ir ļoti absorbējoši, jo viļņu garumi atbilst pamata molekulārajām vibrācijām. Dabīgais PFA šajos viļņu garumos absorbē 70-80 %. Melnais PFA absorbē 90-95%. Praktiskā ziņā krāsa ir vissvarīgākā, ja sildītājs ir pakļauts starojuma avotiem, kuru maksimālā emisijas viļņa garums ir mazāks par 2500 nm. Tas ir saules gaisma (maksimums 500 nm), kvēlspuldzes (1000-2000 nm) vai karstas metāla virsmas virs 300oC (maksimālā 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.

Instalācijas āra veiktspēja un saules enerģijas slodze
PFA sildītājiem, ko izmanto ārpus telpām vai saulainos reģionos, krāsa ir svarīgs apsvērums, lai noteiktu līdzsvara apvalka temperatūru, kad sildītājs ir atslēgts-. 70-80% no krītošās saules gaismas (AM1,5 spektrs, 1000 W/m2 maksimums) caur polimēru tiek pārraidīts uz zemāk esošo metāla serdi, izmantojot dabisku PFA apvalku. Pārvadīto enerģiju absorbē melnā metāla kodols, kas uzsilst un nodod siltumu atpakaļ PFA. Līdzsvara temperatūra aptuveni 45-50 °C tiek sasniegta dabiskā PFA sildītājā pilnā saulē 30 °C apkārtējā temperatūrā un bez iekšējās elektrības. Melns pigments PFA sildītājs absorbē saules enerģiju tieši uz ārējās virsmas, sasniedzot līdzsvara temperatūru 65-75 grādus tādos pašos apstākļos - 20-25 grādus karstāk. Šī atšķirība ir svarīga divu iemeslu dēļ. Pirmkārt, melnā PFA augstāka bāzes temperatūra palielina termisko spriegumu nākamajos ieslēgšanas ciklos. Piemēram, melnajam sildītājam, kura temperatūra ir 70 ° C, ir jāpaaugstinās tikai par 80 ° C, lai sasniegtu 150 ° C darba temperatūru. Dabiskajam sildītājam, kura temperatūra ir 50 ° C, jāpalielina par 100 ° C. Tas nozīmē par 20% mazāku termiskās izplešanās stresu melnajā materiālā. Otrkārt, melnā PFA augstāka tukšgaitas temperatūra pastiprina jebkuru atmosfēras piesārņotāju (skābes miglas, hlora tvaiki) ķīmisko uzbrukumu, jo reakcijas ātrums palielinās aptuveni divas reizes par katru 15–20 grādu temperatūras paaugstināšanos. Dabīgajam PFA ir ilgāks kalpošanas laiks āra instalācijās ķīmiski prasīgos apstākļos, jo tā mazāk absorbē sauli.

Naktī vai ēnā saules sildošais efekts ir pretējs. Dabiskais PFA ir caurspīdīgāks termiskajam starojumam un tāpēc izstaro mazāk efektīvi pie gariem viļņu garumiem. Radiācijas dzesēšanas mērījumi liecina, ka dabiskais PFA sildītājs skaidrās nakts debesīs atdzisīs līdz 5–8 grādiem zem apkārtējās vides temperatūras, savukārt melnais PFA sildītājs noslīdēs tikai līdz 2–3 grādiem zem apkārtējās vides temperatūras. Lietojot aukstos apgabalos, kur sildītājam jāuztur minimālā temperatūra, lai novērstu kondensāciju vai sasalšanu, dabiskā PFA spēcīgāka izstarojošā dzesēšana darbojas pret operatoru, un uzdotās vērtības uzturēšanai ir nepieciešama papildu enerģija.

Krāsu izvēles rokasgrāmata uzstādīšanas videi
Uzstādīšanas vide Dominējošais siltuma pārneses režīms Ieteicamais PFA krāsaGalvenais iemesls
Pilnībā iegremdēts šķidrumā (jebkuras krāsas šķidrums)Konvekcija (piespiedu vai dabiska) Vai nu (nav atšķirības) Siltuma apmaiņa dominē šķidrumā; krāsai nav nozīmes
Brīvā gaiss telpās, bez saules gaismas, bez karstām virsmām aizvērt Dabiskā konvekcija pret gaisu Vai nu Radiācijas apmaiņa neliela; krāsu atšķirība<2°C
Open air indoor, next to hot tank wall (>150 grādi) Karstā siena + konvekcija Dabīgs (caurspīdīgs) Melns absorbē papildu starojuma siltumu, paaugstinot apvalka temperatūru par 10-20 grādiem
Āra, tieša saules gaisma, mērena vide (20-35 grādi apkārtējā vidē) Saules starojums + konvekcija Dabisks Samazina dīkstāves temperatūru par 15-25 grādiem ; ierobežo saules apkuri
Open air, direct sun, hot environment (>40 C apkārtējā temperatūra) Saules enerģija + konvekcija Melns, spoguļveida vairogsDabisks nekustīgs siltums no caurplūdes saules. Tā vietā izmantojiet vairogu
Sildītājs kā starojuma avots, ārpusē ēnots vai iekštelpās Melns Mērķtiecīga IR emisija Augstāka izstarojuma koeficients (0,92 pret . 0.75 dabiskajam) palielina efektivitāti
Agresīva vide (skābes migla, hlors) Samazināta tukšgaitas virsmas temperatūra samazina ķīmiskās iedarbības ātrumu Jebkurš Dabisks
Auksts klimats, sildītājs uztur minimālo temperatūru (bez sasalšanas) Melns Dabiskā konvekcija Samazina nakts radiācijas dzesēšanu par 2-3% siltuma zudumu samazināšanos
Operatoriem redzams sildītājs (drošības problēma) Jebkurš dabīgs (caurspīdīgs) Melns var izskatīties "sadedzināts" pat tad, ja tas darbojas pareizi
Secinājums: iegremdēšana nogalina krāsu atšķirības brīvā dabā prasa izvēli
Kad PFA sildītāja apvalks ir pilnībā iegremdēts, krāsai nav novērojamas ietekmes uz veiktspēju, kalpošanas laiku vai efektivitāti, jo siltuma pārnesē dominē konvekcija un apkārtējais šķidrums kavē starojuma apmaiņu. Iekārtām brīvā dabā dabiskajam (caurspīdīgajam) PFA ir priekšroka lielākajai daļai āra un ķīmiski agresīvu situāciju, jo tā samazina saules starojuma absorbciju, kas rada zemāku dīkstāves temperatūru un samazina ķīmisko iedarbību. Melnā pigmentētā PFA ir tikai priekšrocība, ja sildītāju paredzēts izmantot kā infrasarkano staru sildītāju vai iekārta ir noēnota un nedaudz augstāka izstarojuma koeficients uzlabo siltuma pārnesi uz mērķi. Daļēji iegremdētajiem sildītājiem-kuru augšdaļa ir pakļauta gaisa iedarbībai-krāsu izvēlei ir jābūt atkarīgai no pakļautā apgabala vides. Dabisks PFA sildītājs ar melni krāsotu vai aplīmētu laukumu gaisa zonā ir kompromiss, kas ir reti attaisnojams. Dabiskā krāsa ir drošākā noklusējuma specifikācija vispārējai -atvērta gaisa -gaisa PFA sildītājiem, un melnā krāsa tiek saglabāta īpašiem starojuma apkures lietojumiem, kur izstarošanās, nevis absorbcija ir būtisks konstrukcijas parametrs.