Miten PFA-suojuksen väri (luonnollinen vs. musta pigmentti) vaikuttaa sen säteilevän lämmön imeytymiseen ulkoilmaasennuksissa-?

PFA-lämmittimen vaipat on saatavana kahdessa vakioväriversiossa: luonnollinen (läpinäkyvä, luonnonvalkoinen) ja musta pigmentoitu (hiili-kuormitettu). Jos lämmitin on kokonaan upotettu, lämmittimen värillä ei ole havaittavissa olevaa vaikutusta sen tehokkuuteen, koska konvektio on hallitseva lämmönsiirtomuoto ja kaikki säteilyenergia imeytyy ympäröivään nesteeseen ennen kuin se pääsee vaippaan. Ulkoilmasovelluksissa-kuten infrapunasäteilylämmittimet, ilmakanavalämmittimet tai nestepinnan yläpuolella olevat lämmittimet osittain täytetyissä säiliöissä-värillä on suuri vaikutus PFA-vaipan ympäristöstään absorboimaan tai niihin lähettämään säteilyenergiaan. Musta pigmentoitu PFA imee 85{12}}95 % tulevasta infrapunasäteilystä. Luonnollinen PFA lähettää 60-80 % tulevasta infrapunavaipasta vaipan läpi ja heijastaa suurimman osan muusta. Tämä ero vaikuttaa kolmeen käytännön seuraukseen: lämmittimen lämpenemisaikaan ympäristöstä, sen tasapainolämpötilaan ulkoisten säteilylähteiden alaisena ja lämpörasitukseen PFA-metallirajapinnassa.

Aallonpituudesta riippuvat absorptio- ja lähetysominaisuudet
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 % koko UV--näkyvällä-IR-spektrillä. Tämä johtuu hiilihiukkasista, jotka ovat tehokkaita laajakaistan vaimentimia. Lähi-infrapunasäteilyn alueella (700–2500 nm), joka on kuuman säiliön seinien tai viereisten lämmittimien lämpölämmityksen kannalta oleellinen alue, luonnollinen PFA pysyy kuitenkin suurelta osin läpinäkyvänä 40–60 % läpäisyllä ja 15–25 % heijastuskyvyllä. Loput 20–35 % absorboituu itse polymeeriin, enimmäkseen hiili-fluorisidosvärähtelyjen ylisävyillä. Musta PFA samalla NIR-kaistalla absorboi 85-92 %, mutta läpäisy on merkityksetöntä 1,5 mm:n seinämän paksuuden läpi.

Keski- ja kauko-infrapuna (2 500–15 000 nm) vastaa lämpösäteilyä kohteista, jotka ovat 50–300 asteen alueella. Tällä alueella molemmat materiaalit ovat erittäin absorboivia, koska aallonpituudet vastaavat perustavanlaatuisia molekyylivärähtelyjä. Luonnollinen PFA imeytyy näillä aallonpituuksilla 70-80 %. Musta PFA imeytyy 90-95 %. Käytännössä väri on tärkein, kun lämmitin altistetaan säteilylähteille, joiden huippuemissioaallonpituudet ovat alle 2500 nm. Se on auringonpaiste (huippu 500 nm), hehkulamput (1 000-2 000 nm) tai kuumat metallipinnat yli 300 oC (huippuemissio)<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.

Asennuksen suorituskyky ulkona ja aurinkokuormitus
Ulkona tai aurinkoisilla alueilla käytettävissä PFA-lämmittimissä väri on tärkeä näkökohta määritettäessä vaipan tasapainolämpötilaa, kun lämmitin on jännitteettömänä- % tulevasta auringonvalosta (AM1,5-spektri, 1 000 W/m 2 -huippu) välittyy polymeerin läpi alla olevaan metalliytimeen luonnollisen PFA-vaipan kautta. Siirretyn energian absorboi musta metalliydin, joka lämpenee ja siirtää lämmön takaisin PFA:lle. Noin 45-50 asteen tasapainolämpötila saavutetaan luonnollisessa PFA-lämmittimessä täydessä auringossa 30 asteen ympäristön lämpötilassa ja ilman sisäistä sähköä. Musta pigmentoitu PFA-lämmitin imee aurinkoenergiaa suoraan ulkopinnalta saavuttaen 65-75 asteen tasapainolämpötilan samoissa olosuhteissa - 20-25 astetta kuumemmissa. Tämä ero on tärkeä kahdesta syystä. Ensinnäkin mustan PFA:n korkeampi peruslämpötila lisää lämpörasitusta seuraavissa käynnistysjaksoissa. Esimerkiksi mustan lämmittimen, joka alkaa 70 astetta, tarvitsee vain nousta 80 astetta päästäkseen 150 asteen käyttölämpötilaan. Luonnollisen lämmittimen, joka alkaa 50 C:sta, on lisättävä 100 C. Tämä tarkoittaa 20 % vähemmän lämpölaajenemisjännitystä mustassa materiaalissa. Toiseksi mustan PFA:n korkeampi tyhjäkäyntilämpötila lisää ilmakehän epäpuhtauksien (happosumut, kloorihöyryt) kemiallista hyökkäystä, koska reaktionopeudet nousevat karkeasti kaksinkertaiseksi jokaista 15–20 asteen lämpötilan nousua kohti. Luonnonmukaisella PFA:lla on pidempi käyttöikä ulkoasennuksissa kemiallisesti vaativissa olosuhteissa sen alhaisemman auringonabsorbtion ansiosta.

Yöllä tai varjossa auringon lämmitysvaikutus on päinvastainen. Luonnollinen PFA läpäisee lämpösäteilyä paremmin ja lähettää siten vähemmän tehokkaasti pitkillä aallonpituuksilla. Säteilyjäähdytysmittaukset osoittavat, että luonnollinen PFA-lämmitin kirkkaalla yötaivaalla jäähtyy 5-8 astetta ympäristön lämpötilan alapuolelle, kun taas musta PFA-lämmitin vain 2-3 astetta ympäristön lämpötilan alapuolelle. Sovelluksissa kylmillä alueilla, joissa lämmittimen on ylläpidettävä vähimmäislämpötilaa kondensoitumisen tai jäätymisen estämiseksi, luonnollisen PFA:n voimakkaampi säteilyjäähdytys toimii käyttäjää vastaan ​​ja vaatii lisäenergiaa asetusarvon ylläpitämiseksi.

Värinvalintaopas asennusympäristöön
Asennusympäristö Hallitseva lämmönsiirtotila Suositeltu PFA-väriPääsyy
Täysin upotettu nesteeseen (mikä tahansa värillinen neste)Konvektio (joko pakotettu tai luonnollinen) Joko (ei eroa) Lämmönvaihto hallitsee nestettä; värillä ei ole väliä
Ulkoilma sisätiloissa, ei auringonvaloa, ei kuumia pintoja sulje Luonnollinen konvektio ilmaan Joko Säteilyvaihto vähäistä; värien ero<2°C
Open air indoor, next to hot tank wall (>150 astetta )Kuuma seinä + konvektio Luonnollinen (läpinäkyvä)Musta imee ylimääräistä säteilylämpöä, nostaa vaipan lämpötilaa 10-20 astetta
Ulkona, suora auringonvalo, lauhkea ympäristö (20-35 astetta ympäristö) Auringon säteily + konvektio Luonnollinen Alentaa tyhjäkäyntilämpötilaa 15-25 astetta ; rajoittaa aurinkolämpöä
Open air, direct sun, hot environment (>40 C ympäristö)Aurinko + konvektio Musta, peilimäinen suojaLuonnollinen still-lämpö siirtyvästä auringosta Käytä sen sijaan kilpiä
Lämmitin säteilylähteenä, ulkona varjostettu tai sisätiloissaMusta Kohdennettu IR-säteily Korkeampi emissiokyky (0,92 vs . 0.75 luonnollinen) lisää tehokkuutta
Aggressiivinen ympäristö (happosumu, kloori) Alennettu joutokäyntipinnan lämpötila laskee kemiallisen hyökkäyksen nopeutta Kaikki luonnollinen
Kylmä ilmasto, lämmitin pitää minimilämpötilan (ei jäätymistä) Musta Luonnollinen konvektio Vähentää yötä säteilevää jäähdytystä 2-3 % vähentää lämpöhäviötä
Lämmitin näkyy käyttäjille (turvallisuuskysymys) Mikä tahansa luonnollinen (läpinäkyvä) musta saattaa näyttää "palaneelta", vaikka se toimisi oikein
Päätelmä: Upotus tappaa värierot ulkoilma vaatii valinnanvaraa
Kun PFA-lämmittimen vaippa on kokonaan upotettu, värillä ei ole havaittavissa olevaa vaikutusta suorituskykyyn, käyttöikään tai tehokkuuteen, koska konvektio hallitsee lämmönsiirtoa ja ympäröivä neste estää säteilyn vaihtoa. Ulkoasennuksissa luonnollinen (läpinäkyvä) PFA on suositeltava useimpiin ulkotiloihin ja kemiallisesti aggressiivisiin tilanteisiin, koska se absorboi auringon säteilyä heikentyneesti, mikä johtaa alhaisempaan tyhjäkäyntilämpötilaan ja vähäisempään kemialliseen vaikutukseen. Musta pigmentoitu PFA on vain etu, jos lämmitintä käytetään IR-lämmittimenä tai asennus on varjostettu ja hieman korkeampi emissiokyky parantaa lämmön siirtymistä kohteeseen. Osittain upotettujen lämmittimien-joiden yläosa on alttiina ilmalle-väripäätöksen tulisi riippua altistetun alueen ympäristöstä. Luonnollinen PFA-lämmitin, jossa on mustaksi maalattu tai teipattu alue ilmavyöhykkeellä, on harvoin perusteltu kompromissi. Luonnollinen väri on turvallisin oletusarvo yleiskäyttöisille -avoilma--PFA-lämmittimille, ja musta säilyy tietyissä säteilylämmityssovelluksissa, joissa emittanssi, ei absorptio, on olennainen suunnitteluparametri.