Как цветът на PFA обвивката (естествен срещу черен пигментиран) влияе върху нейното лъчисто поглъщане на топлина при открити -инсталации?

Нагревателните обвивки от PFA се предлагат в две стандартни цветови версии: естествени (полупрозрачни, почти-бели) и черни пигментирани (с-въглерод). Ако нагревателят е напълно потопен, цветът на нагревателя няма забележим ефект върху неговата ефективност, тъй като конвекцията е доминиращият начин на пренос на топлина и всяка лъчиста енергия се абсорбира от околната течност, преди да достигне обвивката. При-приложения на открито-като инфрачервени лъчисти нагреватели, нагреватели във въздуховоди или нагреватели над повърхността на течността в частично напълнени резервоари-цветът има голям ефект върху количеството лъчиста енергия, погълната от PFA обвивката от заобикалящата я среда или излъчена към тях. Черен пигментиран PFA абсорбира 85-95% от падащия IR. Естественият PFA пропуска 60-80% от падащия IR през обвивката и отразява по-голямата част от останалото. Тази разлика влияе върху три практически последствия: времето за загряване на нагревателя от околната среда, неговата равновесна температура при външни източници на радиация и топлинното напрежение на интерфейса PFA-метал.

Зависещи от дължината на вълната характеристики на поглъщане и предаване
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% над целия UV-видим-IR спектър. Това се дължи на въглеродните частици, които са ефективни широколентови абсорбери. В близкия-обхват на инфрачервеното лъчение (700–2500 nm), съответният регион за термично нагряване на стените на горещия резервоар или съседните нагреватели, естественият PFA въпреки това остава до голяма степен прозрачен с 40–60% пропускливост и 15–25% отразяване. Останалите 20–35% се абсорбират от самия полимер, предимно от обертонове на вибрации на връзката въглерод-флуор. Черният PFA в същата NIR лента абсорбира 85-92% с незначително предаване през 1,5 mm дебелина на стената.

Средно{0}} и далечно-инфрачервено (2 500–15 000 nm) съответства на топлинно излъчване от обекти в диапазона 50–300 градуса. В този диапазон и двата материала са много абсорбиращи, тъй като дължините на вълните съответстват на основните молекулярни вибрации. Естественият PFA абсорбира при тези дължини на вълната 70-80%. Черният PFA абсорбира 90-95 %. Цветът е най-важен, от практическа гледна точка, когато нагревателят е изложен на лъчисти източници с пикови дължини на вълните на излъчване под 2500 nm. Това е слънчева светлина (пик 500 nm), лампи с нажежаема жичка (1000-2000 nm) или горещи метални повърхности над 300oC (пик на излъчване<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.

Изпълнение на открито и слънчево натоварване на инсталацията
За PFA нагреватели, използвани навън или в слънчеви райони, цветът е важно съображение за определяне на равновесната температура на обвивката, когато нагревателят е-изключен. 70-80% от падащата слънчева светлина (спектър AM1,5, 1000 W/m 2 пик) се предава през полимера към металната сърцевина отдолу чрез естествена PFA обвивка. Пренесената енергия се абсорбира от черното метално ядро, което се нагрява и пренася топлината обратно към PFA. Равновесна температура от около 45-50 градуса C се достига в естествен PFA нагревател при пълно слънце при 30 градуса C околна среда и без вътрешно електричество. Черен пигментиран PFA нагревател абсорбира слънчевата енергия директно на външната повърхност, достигайки равновесна температура от 65-75 градуса при същите условия - 20-25 градуса по-горещи. Това разминаване е важно по две причини. Първо, по-високата базова температура на черния PFA повишава термичния стрес в следващите цикли на включване. Например черен нагревател, започващ от 70C, трябва само да се изкачи до 80C, за да достигне 150C работна температура. Естествен нагревател, започващ от 50C, трябва да увеличи 100C. Това означава 20% по-малко напрежение при термично разширение в черния материал. Второ, по-високата температура на празен ход на черния PFA засилва всяка химическа атака от атмосферни замърсители (киселинни мъгли, хлорни пари), тъй като скоростите на реакцията нарастват грубо с коефициент два за всяко повишаване на температурата с 15-20 градуса. Natural PFA има по-дълъг експлоатационен живот при външни инсталации при химически взискателни условия поради по-ниската си абсорбция на слънце.

През нощта или на сянка ефектът на слънчево нагряване е обратен. Естественият PFA е по-прозрачен за топлинно лъчение и следователно излъчва по-малко ефективно при дълги дължини на вълните. Измерванията на радиационно охлаждане показват, че естествен PFA нагревател при ясно нощно небе ще се охлади до 5-8 градуса под околната температура, докато черен PFA нагревател ще падне само до 2-3 градуса под околната температура. За приложения в студени зони, където нагревателят трябва да поддържа минимална температура, за да предотврати кондензация или замръзване, по-силното радиационно охлаждане на естествения PFA работи срещу оператора, изисквайки допълнителна енергия за поддържане на зададената точка.

Ръководство за избор на цвят за инсталационна среда
Инсталационна среда Доминиращ режим на топлопредаване Препоръчителен PFA цвят Основна причина
Напълно потопен в течност (всякакъв цвят течност) Конвекция (принудителна или естествена) Или (няма разлика) Топлообменът е доминиращ в течността; цветът няма значение
Открит въздух на закрито, без слънчева светлина, без горещи повърхности, близо Естествена конвекция към въздуха Или Радиантен обмен незначителен; цветова разлика<2°C
Open air indoor, next to hot tank wall (>150 градуса ) Гореща стена + конвекция Естествен (прозрачен) Черен абсорбира допълнителна лъчиста топлина, повишаваща температурата на обвивката 10-20 градуса
На открито, пряка слънчева светлина, умерена среда (20-35 градуса на околната среда) Слънчева радиация + конвекция Естествен Намалява температурата на празен ход с 15-25 градуса; ограничава слънчевото отопление
Open air, direct sun, hot environment (>40 C околна среда) Слънчева + конвекция Черен, огледален щит Естествена неподвижна топлина от предавана слънчева енергия Използвайте щит вместо това
Нагревател като източник на лъчиста светлина, засенчен навън или на закритоЧерно насочено инфрачервено излъчване По-висок коефициент на излъчване (0,92 срещу . 0.75 за естествено) повишава ефективността
Агресивна среда (киселинна мъгла, хлор) Намалената повърхностна температура на празен ход намалява степента на химическа атака Всеки естествен
Студен климат, нагревателят поддържа минимална температура (без замръзване) Черен Естествена конвекция Намалява нощното радиационно охлаждане 2-3% намаление на топлинните загуби
Нагревател, видим за операторите (проблем с безопасността) Всяко естествено (полупрозрачно) черно може да изглежда "изгоряло", дори когато работи правилно
Заключение: Потапянето унищожава цветовите разлики Откритият въздух изисква избор
Когато обвивката на нагревателя от PFA е напълно потопена, цветът няма забележим ефект върху производителността, живота или ефективността, тъй като конвекцията доминира в преноса на топлина и околната течност възпрепятства лъчистия обмен. За инсталации на открито, естественият (полупрозрачен) PFA е предпочитан за повечето външни и химически агресивни ситуации поради намалената му абсорбция на слънчева радиация, което води до по-ниска температура на празен ход и намалена химическа атака. PFA с черен пигмент е само предимство, ако нагревателят трябва да се използва като инфрачервен нагревател или инсталацията е засенчена и малко по-високата излъчвателна способност подобрява преноса на топлина към целта. За частично потопени нагреватели-тези с горна част, изложена на въздух-цветовото решение трябва да зависи от околната среда на откритата област. Естествен PFA нагревател с черно боядисана или залепена зона във въздушната зона е компромис, който рядко е оправдан. Естественият цвят е най-безопасната спецификация по подразбиране за-открити{8}}въздушни PFA нагреватели с общо предназначение, като черното се запазва за конкретни приложения за лъчисто отопление, където излъчването, а не абсорбцията, е основният параметър на дизайна.