Како боја ПФА омотача (природна у односу на црно пигментисана) утиче на апсорпцију топлоте зрачења у инсталацијама на отвореном{1}}?

ПФА омоти за грејаче се нуде у две стандардне верзије боја: природна (провидна, скоро{0}}бела) и црно пигментирана (са угљиком-). Ако је грејач потпуно уроњен, боја грејача нема видљив утицај на његову ефикасност јер је конвекција доминантан начин преноса топлоте и било какву енергију зрачења апсорбује околна течност пре него што стигне до омотача. У-апликацијама на отвореном-као што су инфрацрвени грејачи, грејачи ваздушних канала или грејачи изнад површине течности у делимично напуњеним резервоарима-боја има велики утицај на количину енергије зрачења коју апсорбује ПФА омотач из околине или емитује у њих. Црно пигментирани ПФА апсорбује 85-95% инцидентног ИР-а. Природни ПФА преноси 60-80% инцидентног ИР-а кроз омотач и рефлектује већину остатка. Ова разлика утиче на три практичне последице: време загревања грејача из околине, његову равнотежну температуру под спољним изворима зрачења и термички стрес на интерфејсу ПФА-метал.

Карактеристике апсорпције и трансмисије зависне од таласне дужине
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% преко пуног УВ-видљивог-ИР спектра. Ово је због честица угљеника које су ефикасни широкопојасни апсорбери. У скоро{5}}области инфрацрвеног зрачења (700–2.500 нм), релевантном региону за топлотно загревање зидова врелог резервоара или суседних грејача, природни ПФА ипак остаје углавном провидан са 40–60% пропустљивости и 15–25% рефлексије. Преосталих 20–35 % апсорбује сам полимер, углавном тоновима вибрација везе угљеник–флуор. Црни ПФА у истом НИР опсегу апсорбује 85-92% са занемарљивим преносом кроз 1,5 мм дебљине зида.

Средњи- и далеки-инфрацрвени (2.500–15.000 нм) одговара топлотној емисији објеката у опсегу од 50–300 степени. У овом опсегу оба материјала су веома апсорпциона, пошто таласне дужине одговарају основним молекуларним вибрацијама. Природни ПФА апсорбује на овим таласним дужинама 70-80 %. Црни ПФА апсорбује 90-95 %. Боја је најважнија, у практичном смислу, када је грејач изложен изворима зрачења са вршном таласном дужином емисије испод 2500 нм. То је сунчева светлост (врх 500 нм), светла са жарном нити (1.000-2.000 нм) или вруће металне површине изнад 300оЦ (вршна емисија<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.

Перформансе на отвореном и соларно оптерећење инсталације
За ПФА грејаче који се користе напољу или у сунчаним регионима, боја је важан фактор за одређивање равнотежне температуре омотача када је грејач-искључен. 70-80% упадне сунчеве светлости (АМ1.5 спектар, 1.000 В/м 2 врх) се преноси кроз полимер до природног металног језгра ПФА испод. Пренесену енергију апсорбује језгро од црног метала, које се загрева и преноси топлоту назад на ПФА. Равнотежна температура од око 45-50 степени Ц се постиже у природном ПФА грејачу на пуном сунцу на 30 степени Ц у окружењу и без унутрашње струје. Црно пигментирани ПФА грејач апсорбује сунчеву енергију директно на спољној површини постижући равнотежну температуру од 65-75 степени под истим условима - 20-25 степени топлијим. Ово одступање је важно из два разлога. Прво, виша основна температура црног ПФА повећава термички стрес у наредним циклусима укључивања. На пример, црни грејач који почиње на 70Ц треба да се попне само на 80Ц да би достигао радну температуру од 150Ц. Природни грејач који почиње на 50Ц треба да повећа 100Ц. То значи 20% мање напрезања топлотног ширења у црном материјалу. Друго, виша температура у празном ходу црног ПФА појачава сваки хемијски напад атмосферских загађивача (киселинске магле, испарења хлора) јер се стопе реакције повећавају отприлике за фактор два за сваких 15-20 степени повећања температуре. Природни ПФА има дужи радни век у спољашњим инсталацијама у хемијски захтевним условима због мање апсорпције сунца.

Ноћу или у сенци ефекат загревања сунца је обрнут. Природни ПФА је транспарентнији за топлотно зрачење и тако емитује мање ефикасно на дугим таласним дужинама. Мерења радијационог хлађења показују да ће се природни ПФА грејач на ведром ноћном небу охладити на 5-8 степени испод температуре околине, док ће црни ПФА грејач пасти само на 2-3 степена испод амбијенталне. За примене у хладним областима где грејач мора да одржава минималну температуру да би спречио кондензацију или смрзавање, јаче радијационо хлађење природног ПФА делује против оператера, захтевајући додатну енергију за одржавање задате вредности.

Водич за избор боја за окружење инсталације
Инсталационо окружење Доминантни режим преноса топлоте Препоручени ПФА боја Главни разлог
Потпуно уроњен у течност (течност било које боје) Конвекција (било присилна или природна) Било (без разлике) Размена топлоте је доминантна течност; боја није битна
Отворени ваздух у затвореном простору, без сунчеве светлости, без врућих површина близу Природна конвекција на ваздух. разлика у боји<2°C
Open air indoor, next to hot tank wall (>150 степени ) Врући зид + конвекција Природна (провидна) црна апсорбује додатну топлоту зрачења, подижући температуру омотача за 10-20 степени
На отвореном, директно сунчево светло, умерено окружење (20-35 степени амбијента) Сунчево зрачење + конвекција Природно Смањује температуру у празном ходу за 15-25 степени; ограничава соларно грејање
Open air, direct sun, hot environment (>40 Ц амбијент) Солар + конвекција Црни штит налик на огледало Природна мирна топлота од преношене сунчеве светлости Користите штит уместо
Грејач као извор зрачења, споља засјењена или унутрашња Црна циљана ИР емисија Већа емисивност (0,92 према. 0.75 за природно) повећава ефикасност
Агресивно окружење (кисела магла, хлор) Смањена површинска температура у празном ходу смањује стопу хемијског напада Било који природни
Хладна клима, грејач одржава минималну температуру (без смрзавања) Црна Природна конвекција Смањује ноћно радијационо хлађење 2-3% смањење губитка топлоте
Грејач видљив оператерима (безбедносни проблем) Било која природна (провидна) црна може изгледати „спаљено“ чак и када ради исправно
Закључак: Потапање убија разлике у бојама на отвореном захтева избор
Када је плашт ПФА грејача потпуно уроњен, боја нема видљив утицај на перформансе, животни век или ефикасност пошто конвекција доминира преносом топлоте, а околна течност омета размену зрачења. За инсталације на отвореном, природни (провидни) ПФА је пожељнији за већину спољашњих и хемијски агресивних ситуација због смањене апсорпције сунчевог зрачења, што резултира нижом температуром у празном ходу и смањеним хемијским нападом. Црно пигментирани ПФА је само предност ако се грејач користи као ИР грејач или је инсталација засенчена, а нешто већа емисивност побољшава пренос топлоте до циља. За делимично потопљене грејаче-они чији је горњи део изложен ваздуху-одлука о боји треба да зависи од окружења изложеног региона. Природни ПФА грејач са црно обојеним или залепљеним делом у ваздушној зони је компромис који је ретко оправдан. Природна боја је најсигурнија подразумевана спецификација за ПФА грејаче опште{7}}опште намене-отворене намене, при чему је црна задржана за одређене примене грејања зрачењем где је емисија, а не апсорпција, суштински параметар дизајна.