PFA ohrievače sú k dispozícii v dvoch bežných farebných variantoch: prírodná (priesvitná, sivo{0}}biela) a čierna pigmentovaná (uhlíková{1}}plná). V plne ponorenej prevádzke nemá farba žiadny merateľný rozdiel vo výkone ohrievača, pretože konvekcia dominuje prenosu tepla a okolitá kvapalina absorbuje akúkoľvek energiu žiarenia predtým, ako dosiahne plášť. V-inštaláciách pod holým nebom-, ako sú infračervené sálavé ohrievače, ohrievače vzduchových kanálov alebo ohrievače umiestnené nad povrchmi kvapaliny v čiastočne naplnených nádržiach-farba výrazne mení, koľko sálavej energie absorbuje plášť PFA zo svojho okolia alebo do neho vyžaruje. Čierna pigmentovaná PFA absorbuje 85 – 95 % dopadajúceho infračerveného žiarenia, zatiaľ čo prirodzené PFA prepúšťa 60 – 80 % dopadajúceho infračerveného žiarenia cez plášť a väčšinu zvyšku odráža. Tento rozdiel ovplyvňuje tri praktické výsledky: čas zahrievania ohrievača-z okolitého prostredia, jeho rovnovážnu teplotu v prítomnosti externých zdrojov žiarenia a tepelné namáhanie kovového rozhrania PFA{14}}.
Absorpčné a prenosové charakteristiky podľa vlnovej dĺžky
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 % v celom UV-viditeľnom-IR spektre vďaka uhlíkovým časticiam, ktoré sú účinnými širokopásmovými absorbérmi. Pre blízke -infračervené žiarenie (700 – 2 500 nm), oblasť relevantnú pre tepelný ohrev z horúcich stien nádrže alebo priľahlých ohrievačov, zostáva prirodzené PFA čiastočne transparentné so 40 – 60 % priepustnosťou a 15 – 25 % odrazivosťou. Zvyšných 20 – 35 % absorbuje samotný polymér, predovšetkým podtóny vibrácií uhlíkových-fluórových väzieb. Čierna PFA v rovnakom rozsahu NIR absorbuje 85–92 %, so zanedbateľnou priepustnosťou cez hrúbku steny 1,5 mm.
Pre stredné- a ďaleké-infračervené žiarenie (2 500 – 15 000 nm), ktoré zodpovedá tepelnému vyžarovaniu objektov pri uhle 50 – 300 stupňov , sa oba materiály stávajú vysoko absorbčnými, pretože vlnové dĺžky zodpovedajú základným molekulárnym vibráciám. Prirodzené PFA absorbuje 70–80 % pri týchto vlnových dĺžkach; čierna PFA absorbuje 90–95 %. Praktickým dôsledkom je, že na farbe najviac záleží, keď je ohrievač vystavený zdrojom žiarenia so špičkovými vlnovými dĺžkami pod 2 500 nm{16}}konkrétne slnečnému žiareniu (vrchol pri 500 nm), žiarovkovému osvetleniu (1 000 – 2 000 nm) alebo horúcim kovovým povrchom nad 300 stupňov (špičkové emisie<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.
Solárne zaťaženie a výkon vonkajšej inštalácie
V prípade ohrievačov PFA inštalovaných vonku alebo na slnečných miestach farba výrazne ovplyvňuje rovnovážnu teplotu plášťa, keď je ohrievač bez energie. Prírodný PFA plášť prepúšťa 70–80 % dopadajúceho slnečného žiarenia (spektrum AM1,5, vrchol 1 000 W/m²) cez polymér do kovového jadra pod ním. Tmavé kovové jadro absorbuje prenášanú energiu, zahrieva sa a odvádza teplo späť do PFA. Rovnovážna teplota prírodného ohrievača PFA na plnom slnku pri teplote okolia 30 stupňov bez vnútorného výkonu je približne 45–50 stupňov. Čierny pigmentovaný ohrievač PFA pohlcuje slnečnú energiu priamo na vonkajšom povrchu a dosahuje rovnovážnu teplotu 65 – 75 stupňov za rovnakých podmienok-20–25 stupňov teplejších. Tento rozdiel je dôležitý z dvoch dôvodov. Po prvé, vyššia základná teplota čierneho PFA prispieva k tepelnému namáhaniu počas nasledujúcich cyklov napájania{31}}. Čierny ohrievač začínajúci pri 70 stupňoch vyžaduje iba 80 stupňový nárast, aby dosiahol 150 stupňovú prevádzkovú teplotu, zatiaľ čo prirodzený ohrievač začínajúci pri 50 stupňoch vyžaduje 100 stupňový nárast, čím sa v čiernom materiáli vytvorí o 20 % menšie tepelné rozťažné napätie. Po druhé, zvýšená voľnobežná teplota čierneho PFA urýchľuje akýkoľvek chemický útok z atmosférických znečisťujúcich látok (kyslé hmly, chlórové výpary), pretože reakčné rýchlosti sa približne zdvojnásobia pri každom zvýšení teploty o 15–20 stupňov. Pre vonkajšie inštalácie v chemicky agresívnom prostredí poskytuje prírodný PFA dlhšiu životnosť vďaka nižšej absorpcii slnečného žiarenia.
Efekt solárneho ohrevu sa obráti v noci alebo v tieni. Prirodzené PFA, ktoré sú transparentnejšie pre tepelné žiarenie, tiež vyžarujú menej efektívne pri dlhých vlnových dĺžkach. Merania sálavého chladenia ukazujú, že prirodzený ohrievač PFA sa na jasnej nočnej oblohe ochladzuje o 5–8 stupňov pod okolitú teplotu, zatiaľ čo čierny ohrievač PFA sa ochladzuje iba o 2–3 stupne pod teplotu okolia. Pre aplikácie v chladnom podnebí, kde ohrievač musí udržiavať minimálnu teplotu, aby sa zabránilo kondenzácii alebo zamrznutiu, silnejšie sálavé chladenie prirodzeného PFA pôsobí proti operátorovi a vyžaduje viac energie na udržanie požadovanej hodnoty.
Sprievodca výberom farieb podľa prostredia inštalácie
| Inštalačné prostredie | Režim dominantného prenosu tepla | Odporúčaná farba PFA | Primárny dôvod |
|---|---|---|---|
| Úplne ponorené do kvapaliny (akejkoľvek farby kvapaliny) | Konvekcia (nútená alebo prirodzená) | Buď (žiadny rozdiel) | Prenos tepla dominuje kvapalina; farba irelevantná |
| Otvorený{0}}vzduch v interiéri, žiadne slnečné svetlo, žiadne horúce okolité povrchy | Prirodzená konvekcia do vzduchu | Buď | Radiačná výmena zanedbateľná; farebný rozdiel<2°C |
| Open-air indoor, adjacent to hot tank wall (>150 stupňov) | Žiarenie z horúcej steny + konvekcia | Prírodné (priesvitné) | Čierna pohlcuje prebytočné sálavé teplo, čím zvyšuje teplotu plášťa o 10–20 stupňov |
| Vonkajšie, priame slnečné svetlo, mierne podnebie (okolie 20–35 stupňov) | Slnečné žiarenie + konvekcia | Prirodzené | Obmedzuje solárne vykurovanie; znižuje voľnobežnú teplotu o 15-25 stupňov |
| Outdoor, direct sunlight, hot climate (>okolitá teplota 40 stupňov) | Solárna + konvekcia | Čierna s reflexným štítom | Prirodzené stále teplo z preneseného slnka; namiesto toho pridajte štít |
| Vonkajšie, zatienené alebo vnútorné, ohrievač používaný ako zdroj sálavého žiarenia | Zamýšľané infračervené vyžarovanie do cieľa | Čierna | Vyššia emisivita (0,92 oproti . 0.75 pre prirodzenú) zvyšuje účinnosť |
| Chemicky agresívna atmosféra (kyslá hmla, chlór) | Akékoľvek | Prirodzené | Nižšia teplota povrchu pri voľnobehu znižuje rýchlosť chemického napadnutia |
| Studená klíma, ohrievač udržuje minimálnu teplotu (bez zamŕzania) | Prirodzená konvekcia | Čierna | Znižuje radiačné chladenie v noci; nižšie tepelné straty o 2-3% |
| Ohrievač viditeľný pre obsluhu (bezpečnostné obavy) | Akékoľvek | Prírodné (priesvitné) | Čierna sa môže zdať „prepálená“ aj pri normálnej prevádzke |
Záver: Ponorenie vymaže farebné rozdiely; Open Air vyžaduje výber
V úplne ponorenej prevádzke nemá farba plášťa ohrievača PFA žiadny merateľný vplyv na výkon, životnosť alebo účinnosť, pretože prenosu tepla dominuje konvekcia a okolitá kvapalina blokuje výmenu žiarenia. Pri inštaláciách pod šírym{1}}vzduchom je pre väčšinu vonkajších a chemicky agresívnych prostredí vhodnejšia prírodná (priesvitná) PFA, pretože absorbuje menej slnečného žiarenia, udržuje nižšiu teplotu pri nečinnosti a znižuje chemické pôsobenie. Čierna pigmentovaná PFA je výhodná len vtedy, keď je ohrievač určený na vyžarovanie sálavej energie (ako IR ohrievač) alebo keď je inštalácia zatienená a mierne vyššia emisivita zlepšuje prenos tepla do cieľa. V prípade čiastočne ponorených ohrievačov,-ktoré majú hornú časť vystavenú vzduchu-, by rozhodnutie o farbe malo vychádzať z prostredia vystavenej časti. Prírodný ohrievač PFA s čiernou farbou alebo páskou vo vzduchovej zóne predstavuje kompromis, ktorý je zriedka opodstatnený. Najbezpečnejšou predvolenou špecifikáciou pre všeobecné-otvorené{9}}ohrievače PFA s otvoreným vzduchom je prirodzené sfarbenie, pričom čierna je vyhradená pre špecifické aplikácie sálavého vykurovania, kde primárnym konštrukčným parametrom je vyžarovanie, nie absorpcia.
