Οι θήκες θέρμανσης PFA διατίθενται σε δύο κοινές χρωματικές παραλλαγές: φυσικό (ημιδιαφανές, υπό{0}}λευκό) και μαύρο χρώμα (με άνθρακα-). Στην πλήρως βυθισμένη λειτουργία, το χρώμα δεν κάνει καμία μετρήσιμη διαφορά στην απόδοση του θερμαντήρα, επειδή η συναγωγή κυριαρχεί στη μεταφορά θερμότητας και το περιβάλλον υγρό απορροφά οποιαδήποτε ενέργεια ακτινοβολίας πριν φτάσει στο περίβλημα. Σε-υπαίθριες εγκαταστάσεις-όπως θερμαντήρες υπέρυθρης ακτινοβολίας, θερμάστρες αεραγωγών ή θερμάστρες τοποθετημένες πάνω από επιφάνειες υγρού σε μερικώς γεμάτες δεξαμενές-το χρώμα αλλάζει σημαντικά την ποσότητα ακτινοβολίας που απορροφά η θήκη PFA από το περιβάλλον της ή εκπέμπει σε αυτές. Το μαύρο PFA απορροφά το 85-95% της προσπίπτουσας υπέρυθρης ακτινοβολίας, ενώ το φυσικό PFA μεταδίδει το 60-80% του προσπίπτοντος υπερύθρου μέσω του περιβλήματος και αντανακλά το μεγαλύτερο μέρος του υπολοίπου. Αυτή η διαφορά επηρεάζει τρία πρακτικά αποτελέσματα: το χρόνο προθέρμανσης-του θερμαντήρα από το περιβάλλον, τη θερμοκρασία ισορροπίας του παρουσία εξωτερικών πηγών ακτινοβολίας και τη θερμική καταπόνηση στη διεπαφή μετάλλου PFA{14}}.
Χαρακτηριστικά Απορρόφησης και Μετάδοσης κατά μήκος κύματος
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% σε ολόκληρο το φάσμα UV-ορατό-IR λόγω των σωματιδίων άνθρακα, που είναι αποτελεσματικοί απορροφητές ευρυζωνικότητας. Για σχεδόν-υπέρυθρη ακτινοβολία (700–2.500 nm), την περιοχή που σχετίζεται με τη θερμική θέρμανση από θερμούς τοίχους δεξαμενής ή παρακείμενους θερμαντήρες, το φυσικό PFA παραμένει μερικώς διαφανές με 40–60% μετάδοση και 15–25% ανάκλαση. Το υπόλοιπο 20–35% απορροφάται από το ίδιο το πολυμερές, κυρίως από τους τόνους των δονήσεων του δεσμού άνθρακα-φθορίου. Το μαύρο PFA στην ίδια περιοχή NIR απορροφά 85–92%, με αμελητέα μετάδοση μέσω πάχους τοιχώματος 1,5 mm.
Για το μεσαίο- και το μακρινό- υπέρυθρο (2.500–15.000 nm), που αντιστοιχεί σε θερμική εκπομπή από αντικείμενα στους 50–300 μοίρες, και τα δύο υλικά γίνονται εξαιρετικά απορροφητικά επειδή τα μήκη κύματος ταιριάζουν με θεμελιώδεις μοριακές δονήσεις. Το φυσικό PFA απορροφά 70–80% σε αυτά τα μήκη κύματος. Το μαύρο PFA απορροφά 90–95%. Η πρακτική συνέπεια είναι ότι το χρώμα έχει μεγαλύτερη σημασία όταν ο θερμαντήρας εκτίθεται σε πηγές ακτινοβολίας με μήκη κύματος κορυφαίας εκπομπής κάτω από 2.500 nm{16}}συγκεκριμένα, ηλιακό φως (μέγιστη στα 500 nm), φωτισμό πυρακτώσεως (1.000–2.000 nm) ή θερμές μεταλλικές επιφάνειες (peak 30 nm)<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.
Απόδοση ηλιακής φόρτωσης και εγκατάστασης σε εξωτερικό χώρο
Για θερμαντήρες PFA που είναι εγκατεστημένοι σε εξωτερικούς χώρους ή σε ηλιόλουστες περιοχές, το χρώμα επηρεάζει σημαντικά τη θερμοκρασία ισορροπίας του περιβλήματος όταν ο θερμαντήρας απενεργοποιείται-. Ένα φυσικό περίβλημα PFA μεταδίδει το 70–80% της προσπίπτουσας ηλιακής ακτινοβολίας (φάσμα AM1,5, κορυφή 1.000 W/m²) μέσω του πολυμερούς στον μεταλλικό πυρήνα από κάτω. Ο σκούρος μεταλλικός πυρήνας απορροφά τη μεταδιδόμενη ενέργεια, θερμαίνεται και μεταφέρει τη θερμότητα πίσω στο PFA. Η θερμοκρασία ισορροπίας ενός φυσικού θερμαντήρα PFA σε πλήρη ήλιο στους 30 βαθμούς περιβάλλοντος χωρίς εσωτερική ισχύ είναι περίπου 45–50 μοίρες. Ένας θερμαντήρας PFA με μαύρο χρώμα απορροφά την ηλιακή ενέργεια απευθείας στην εξωτερική επιφάνεια, φτάνοντας σε θερμοκρασία ισορροπίας 65–75 βαθμών υπό τις ίδιες συνθήκες-20–25 βαθμούς υψηλότερη. Αυτή η διαφορά έχει σημασία για δύο λόγους. Πρώτον, η υψηλότερη βασική θερμοκρασία του μαύρου PFA προσθέτει στη θερμική καταπόνηση κατά τη διάρκεια των επακόλουθων κύκλων ισχύος{31}}. Ένας μαύρος θερμαντήρας που ξεκινά από 70 βαθμούς απαιτεί μόνο άνοδο 80 μοιρών για να φτάσει τη θερμοκρασία λειτουργίας 150 μοίρες, ενώ ένας φυσικός θερμαντήρας που ξεκινά από 50 μοίρες απαιτεί άνοδο 100 μοιρών, δημιουργώντας 20% λιγότερη τάση θερμικής διαστολής στο μαύρο υλικό. Δεύτερον, η αυξημένη θερμοκρασία αδράνειας του μαύρου PFA επιταχύνει οποιαδήποτε χημική επίθεση από ατμοσφαιρικούς ρύπους (ομίχλη οξέος, ατμοί χλωρίου) επειδή οι ρυθμοί αντίδρασης διπλασιάζονται περίπου για κάθε αύξηση της θερμοκρασίας κατά 15-20 βαθμούς. Για υπαίθριες εγκαταστάσεις σε χημικά επιθετικά περιβάλλοντα, το φυσικό PFA παρέχει μεγαλύτερη διάρκεια αδράνειας λόγω χαμηλότερης ηλιακής απορρόφησης.
Το φαινόμενο ηλιακής θέρμανσης αντιστρέφεται τη νύχτα ή σε συνθήκες σκιάς. Το φυσικό PFA, όντας πιο διαφανές στη θερμική ακτινοβολία, εκπέμπει επίσης λιγότερο αποτελεσματικά σε μεγάλα μήκη κύματος. Οι μετρήσεις της ψύξης με ακτινοβολία δείχνουν ότι ένας φυσικός θερμαντήρας PFA σε καθαρό νυχτερινό ουρανό ψύχεται στους 5-8 βαθμούς κάτω από τη θερμοκρασία περιβάλλοντος, ενώ ένας μαύρος θερμαντήρας PFA ψύχεται μόνο 2-3 βαθμούς κάτω από το περιβάλλον. Για εφαρμογές σε ψυχρά κλίματα όπου ο θερμαντήρας πρέπει να διατηρεί μια ελάχιστη θερμοκρασία για να αποφευχθεί η συμπύκνωση ή το πάγωμα, η ισχυρότερη ψύξη με ακτινοβολία του φυσικού PFA λειτουργεί ενάντια στον χειριστή, απαιτώντας περισσότερη ενέργεια για τη διατήρηση του σημείου ρύθμισης.
Οδηγός επιλογής χρώματος κατά περιβάλλον εγκατάστασης
| Περιβάλλον Εγκατάστασης | Κυρίαρχη λειτουργία μεταφοράς θερμότητας | Συνιστώμενο χρώμα PFA | Πρωταρχικός Λόγος |
|---|---|---|---|
| Πλήρως βυθισμένο σε υγρό (οποιουδήποτε χρώματος υγρό) | Συναγωγή (αναγκαστική ή φυσική) | Είτε (καμία διαφορά) | Το υγρό κυριαρχεί στη μεταφορά θερμότητας. χρώμα άσχετο |
| Ανοιχτός-εσωτερικός χώρος, χωρίς ηλιακό φως, χωρίς ζεστές κοντινές επιφάνειες | Φυσική μεταφορά στον αέρα | Είτε | Ανταλλαγή ακτινοβολίας αμελητέα. διαφορά χρώματος<2°C |
| Open-air indoor, adjacent to hot tank wall (>150 μοίρες) | Ακτινοβολία από θερμό τοίχο + συναγωγή | Φυσικό (ημιδιαφανές) | Το μαύρο απορροφά την υπερβολική ακτινοβολούμενη θερμότητα, αυξάνοντας τη θερμοκρασία του περιβλήματος κατά 10-20 βαθμούς |
| Υπαίθριος χώρος, άμεσο ηλιακό φως, εύκρατο κλίμα (20–35 μοίρες περιβάλλοντος) | Ηλιακή ακτινοβολία + συναγωγή | Φυσικός | Περιορίζει την ηλιακή θέρμανση. μειώνει τη θερμοκρασία ρελαντί κατά 15–25 βαθμούς |
| Outdoor, direct sunlight, hot climate (>40 μοίρες περιβάλλοντος) | Ηλιακός + συναγωγή | Μαύρο με αντανακλαστική ασπίδα | Φυσική ακόμα θερμότητα από τη μεταδιδόμενη ηλιακή ενέργεια. αντ' αυτού προσθέστε ασπίδα |
| Εξωτερική, σκιασμένη ή εσωτερική, θερμάστρα που χρησιμοποιείται ως πηγή ακτινοβολίας | Προβλεπόμενη εκπομπή IR για στόχο | Μαύρος | Η υψηλότερη εκπομπή (0,92 έναντι. 0.75 για φυσικό) βελτιώνει την απόδοση |
| Χημικά επιθετική ατμόσφαιρα (όξινη ομίχλη, χλώριο) | Κάθε | Φυσικός | Η χαμηλότερη θερμοκρασία της επιφάνειας ρελαντί μειώνει τον ρυθμό χημικής προσβολής |
| Κρύο κλίμα, ο θερμαντήρας διατηρεί την ελάχιστη θερμοκρασία (χωρίς παγετό) | Φυσική μεταφορά | Μαύρος | Μειώνει την ψύξη με ακτινοβολία τη νύχτα. χαμηλότερη απώλεια θερμότητας κατά 2-3% |
| Ο θερμαντήρας ορατός στους χειριστές (ανησυχία για την ασφάλεια) | Κάθε | Φυσικό (ημιδιαφανές) | Το μαύρο μπορεί να φαίνεται «καμένο» ακόμα και όταν λειτουργεί κανονικά |
Συμπέρασμα: Η βύθιση διαγράφει τις διαφορές χρώματος. Το Open Air Απαιτεί Επιλογή
Στην πλήρως βυθισμένη λειτουργία, το χρώμα μιας θήκης θερμαντήρα PFA δεν έχει μετρήσιμη επίδραση στην απόδοση, τη διάρκεια ζωής ή την αποδοτικότητα, επειδή η συναγωγή κυριαρχεί στη μεταφορά θερμότητας και το περιβάλλον υγρό εμποδίζει την ανταλλαγή ακτινοβολίας. Σε υπαίθριες-εγκαταστάσεις, το φυσικό (ημιδιαφανές) PFA είναι προτιμότερο για τα περισσότερα εξωτερικά και χημικά επιθετικά περιβάλλοντα, επειδή απορροφά λιγότερη ηλιακή ακτινοβολία, διατηρώντας χαμηλότερη θερμοκρασία αδράνειας και μειώνοντας τη χημική προσβολή. Το PFA με μαύρο χρώμα είναι πλεονεκτικό μόνο όταν ο θερμαντήρας προορίζεται να εκπέμπει ενέργεια ακτινοβολίας (ως θερμαντήρας υπερύθρων) ή όταν η εγκατάσταση είναι σκιασμένη και η ελαφρώς υψηλότερη εκπομπή βελτιώνει τη μεταφορά θερμότητας στον στόχο. Για μερικώς βυθισμένες θερμάστρες-εκείνες με το επάνω τμήμα εκτεθειμένο στον αέρα-η απόφαση χρώματος θα πρέπει να βασίζεται στο περιβάλλον του εκτεθειμένου τμήματος. Ένας φυσικός θερμαντήρας PFA με μαύρο βαμμένο ή κολλημένο τμήμα στη ζώνη αέρα αντιπροσωπεύει έναν συμβιβασμό που σπάνια δικαιολογείται. Η ασφαλέστερη προεπιλεγμένη προδιαγραφή για γενικής χρήσης-θερμαντήρες PFA ανοιχτού-αέρα είναι ο φυσικός χρωματισμός, με το μαύρο που προορίζεται για συγκεκριμένες εφαρμογές θέρμανσης με ακτινοβολία όπου η εκπομπή εκπομπής και όχι η απορρόφηση είναι η κύρια παράμετρος σχεδιασμού.
