Πώς επηρεάζει το χρώμα του περιβλήματος PFA (φυσικό έναντι μαύρου χρωματισμένου) την απορρόφηση της ακτινοβολούμενης θερμότητας σε εγκαταστάσεις ανοιχτού-αέρα;

Οι θήκες θερμαντήρα PFA προσφέρονται σε δύο τυπικές χρωματικές εκδόσεις: φυσικό (ημιδιαφανές, υπό{0}}λευκό) και μαύρο χρώμα (με άνθρακα-). Εάν ένας θερμαντήρας είναι πλήρως βυθισμένος, το χρώμα του θερμαντήρα δεν έχει ανιχνεύσιμη επίδραση στην αποτελεσματικότητά του, καθώς η συναγωγή είναι ο κυρίαρχος τρόπος μεταφοράς θερμότητας και οποιαδήποτε ενέργεια ακτινοβολίας απορροφάται από το περιβάλλον υγρό πριν φτάσει στο περίβλημα. Σε-εφαρμογές ανοιχτού αέρα-όπως θερμαντήρες υπέρυθρης ακτινοβολίας, θερμαντήρες αεραγωγών ή θερμάστρες πάνω από την επιφάνεια του υγρού σε μερικώς γεμάτες δεξαμενές-το χρώμα έχει μεγάλη επίδραση στην ποσότητα ενέργειας ακτινοβολίας που απορροφάται από το περίβλημα PFA από το περιβάλλον του ή που εκπέμπεται σε αυτά. Το μαύρο PFA με χρώμα απορροφά το 85-95% του προσπίπτοντος υπερύθρου. Το φυσικό PFA μεταδίδει το 60-80% του προσπίπτοντος υπερύθρου μέσω του περιβλήματος και αντανακλά το μεγαλύτερο μέρος του υπόλοιπου. Αυτή η διαφορά επηρεάζει τρεις πρακτικές συνέπειες: το χρόνο προθέρμανσης του θερμαντήρα από το περιβάλλον, τη θερμοκρασία ισορροπίας του υπό εξωτερικές πηγές ακτινοβολίας και τη θερμική καταπόνηση στη διεπιφάνεια PFA-μετάλλου.

Χαρακτηριστικά απορρόφησης και μετάδοσης που εξαρτώνται από το μήκος κύματος
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% σε όλο το φάσμα UV-ορατό-IR. Αυτό οφείλεται στα σωματίδια άνθρακα που είναι αποτελεσματικοί απορροφητές ευρυζωνικότητας. Στο εγγύς-εύρος της υπέρυθρης ακτινοβολίας (700–2.500 nm), στη σχετική περιοχή για τη θερμική θέρμανση των τοιχωμάτων της καυτής δεξαμενής ή των γειτονικών θερμαντήρων, το φυσικό PFA παραμένει ωστόσο σε μεγάλο βαθμό 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 ζώνη NIR απορροφά 85-92% με αμελητέα μετάδοση μέσω πάχους τοιχώματος 1,5 mm.

Το μεσαίο- και το μακρινό-υπέρυθρο (2.500–15.000 nm) αντιστοιχεί στη θερμική εκπομπή από αντικείμενα στην περιοχή 50–300 μοιρών. Σε αυτό το εύρος και τα δύο υλικά είναι πολύ απορροφητικά, καθώς τα μήκη κύματος αντιστοιχούν σε θεμελιώδεις μοριακές δονήσεις. Το φυσικό PFA απορροφά σε αυτά τα μήκη κύματος 70-80 %. Το μαύρο PFA απορροφά 90-95%. Το χρώμα είναι πιο σημαντικό, πρακτικά, όταν ο θερμαντήρας εκτίθεται σε πηγές ακτινοβολίας με μήκη κύματος μέγιστης εκπομπής κάτω από 2.500 nm. Δηλαδή ηλιοφάνεια (αιχμή 500 nm), λαμπτήρες πυρακτώσεως (1.000-2.000 nm) ή θερμές μεταλλικές επιφάνειες πάνω από 300oC (μέγιστη εκπομπή<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.

Εξωτερική Απόδοση και Ηλιακή Φόρτωση Εγκατάστασης
Για θερμαντήρες PFA που χρησιμοποιούνται έξω ή σε ηλιόλουστες περιοχές, το χρώμα είναι μια σημαντική παράμετρος για τον προσδιορισμό της θερμοκρασίας ισορροπίας του περιβλήματος όταν ο θερμαντήρας απενεργοποιείται. 70-80% του προσπίπτοντος ηλιακού φωτός (φάσμα AM1,5, κορυφή 1.000 W/m 2) μεταδίδεται μέσω του πολυμερούς στον φυσικό πυρήνα PFA μέσω μιας θήκης. Η ενέργεια που μεταφέρεται απορροφάται από τον μαύρο μεταλλικό πυρήνα, ο οποίος θερμαίνεται και μεταφέρει τη θερμότητα πίσω στο PFA. Μια θερμοκρασία ισορροπίας περίπου 45-50 βαθμών C επιτυγχάνεται σε μια φυσική θερμάστρα PFA σε πλήρη ήλιο στους 30 βαθμούς C περιβάλλοντος και χωρίς εσωτερική ηλεκτρική ενέργεια. Ένας θερμαντήρας PFA με μαύρο χρώμα απορροφά την ηλιακή ενέργεια απευθείας στην εξωτερική επιφάνεια επιτυγχάνοντας θερμοκρασία ισορροπίας 65-75 μοιρών υπό τις ίδιες συνθήκες-20-25 βαθμούς υψηλότερη. Αυτή η απόκλιση είναι σημαντική για δύο λόγους. Πρώτον, η υψηλότερη βασική θερμοκρασία του μαύρου PFA ενισχύει τη θερμική καταπόνηση στους ακόλουθους κύκλους ενεργοποίησης. Για παράδειγμα, ένας μαύρος θερμαντήρας που ξεκινά από τους 70 C χρειάζεται μόνο να ανέβει στους 80 C για να φτάσει στους 150 C θερμοκρασία λειτουργίας. Ένας φυσικός θερμαντήρας που ξεκινά από τους 50C πρέπει να αυξηθεί κατά 100C. Αυτό σημαίνει 20% λιγότερη τάση θερμικής διαστολής στο μαύρο υλικό. Δεύτερον, η υψηλότερη θερμοκρασία αδράνειας του μαύρου PFA ενισχύει οποιαδήποτε χημική προσβολή από ατμοσφαιρικούς ρύπους (ομίχλη οξέος, ατμοί χλωρίου) καθώς οι ρυθμοί αντίδρασης αυξάνονται περίπου κατά δύο φορές για κάθε αύξηση της θερμοκρασίας κατά 15-20 βαθμούς. Το Natural PFA έχει μεγαλύτερη διάρκεια ζωής σε εξωτερικές εγκαταστάσεις σε χημικά απαιτητικές συνθήκες λόγω της χαμηλότερης απορρόφησης από τον ήλιο.

Τη νύχτα ή στη σκιά, η ηλιακή θέρμανση αντιστρέφεται. Το φυσικό PFA είναι πιο διαφανές στη θερμική ακτινοβολία και έτσι εκπέμπει λιγότερο αποτελεσματικά σε μεγάλα μήκη κύματος. Οι μετρήσεις ψύξης ακτινοβολίας δείχνουν ότι ένας φυσικός θερμαντήρας PFA σε καθαρό νυχτερινό ουρανό θα κρυώσει στους 5-8 βαθμούς κάτω από τη θερμοκρασία περιβάλλοντος, ενώ ένας μαύρος θερμαντήρας PFA θα πέσει μόνο στους 2-3 βαθμούς κάτω από το περιβάλλον. Για εφαρμογές σε ψυχρές περιοχές 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 πρόσθετη ενέργεια για τη διατήρηση της επιθυμητής τιμής.

Οδηγός επιλογής χρώματος για το περιβάλλον εγκατάστασης
Περιβάλλον εγκατάστασης Κυρίαρχη λειτουργία μεταφοράς θερμότητας Συνιστώμενο χρώμα PFA Κύριος λόγος
Εντελώς βυθισμένο σε υγρό (οποιοδήποτε χρώμα υγρό) Συναγωγή (είτε αναγκαστική είτε φυσική) Είτε (χωρίς διαφορά) Η ανταλλαγή θερμότητας είναι κυρίαρχη σε υγρό. το χρώμα δεν έχει σημασία
Ανοιχτός αέρας σε εσωτερικούς χώρους, χωρίς ηλιακό φως, χωρίς καυτές επιφάνειες κλείσιμο Φυσική μεταφορά στον αέρα Είτε Μικρή ανταλλαγή ακτινοβολίας. διαφορά χρώματος<2°C
Open air indoor, next to hot tank wall (>150 μοίρες )Καυτός τοίχος + συναγωγή Φυσικό (διαφανές) Το μαύρο απορροφά επιπλέον ακτινοβολούμενη θερμότητα, ανεβάζοντας τη θερμοκρασία του περιβλήματος 10-20 μοίρες
Εξωτερικός χώρος, άμεσο ηλιακό φως, εύκρατο περιβάλλον (20-35 μοίρες περιβάλλοντος) Ηλιακή ακτινοβολία + συναγωγή Φυσική Μειώνει τη θερμοκρασία ρελαντί κατά 15-25 βαθμούς. περιορίζει την ηλιακή θέρμανση
Open air, direct sun, hot environment (>40 C περιβάλλοντος)Ηλιακό + συναγωγή Μαύρο, ασπίδα που μοιάζει με καθρέφτη Φυσική ακίνητη θερμότητα από εκπεμπόμενο ηλιακό φως Χρησιμοποιήστε αντ' αυτού ασπίδα
Θερμαντήρας ως πηγή ακτινοβολίας, εξωτερικά σκιασμένα ή εσωτερικού χώρουΜαύρο στοχευμένη εκπομπή υπερύθρων Υψηλότερη εκπομπή (0,92 έναντι. 0.75 για φυσικό) αυξάνει την απόδοση
Επιθετικό περιβάλλον (όξινη ομίχλη, χλώριο) Μειωμένη θερμοκρασία επιφάνειας σε αδράνεια μειώνει τον ρυθμό χημικής προσβολής Οποιοδήποτε φυσικό
Ψυχρό κλίμα, ο θερμαντήρας διατηρεί την ελάχιστη θερμοκρασία (χωρίς παγωνιά) Μαύρο Φυσική μεταφορά Μειώνει τη νυχτερινή ψύξη ακτινοβολίας 2-3% μείωση της απώλειας θερμότητας
Θερμαντήρας ορατός στους χειριστές (θέμα ασφαλείας) Οποιοδήποτε φυσικό (ημιδιαφανές) μαύρο μπορεί να φαίνεται "καμένο" ακόμα και όταν λειτουργεί σωστά
Συμπέρασμα: Η βύθιση σκοτώνει τις διαφορές χρώματος Ο ανοιχτός αέρας απαιτεί επιλογή
Όταν μια θήκη θερμαντήρα PFA είναι πλήρως βυθισμένη, το χρώμα δεν έχει καμία αισθητή επίδραση στην απόδοση, τη διάρκεια ζωής ή την απόδοση, καθώς η μεταφορά κυριαρχεί στη μεταφορά θερμότητας και το περιβάλλον υγρό εμποδίζει την ανταλλαγή ακτινοβολίας. Για υπαίθριες εγκαταστάσεις, το φυσικό (ημιδιαφανές) PFA προτιμάται για τις περισσότερες εξωτερικές και χημικά επιθετικές καταστάσεις λόγω της μειωμένης απορρόφησης της ηλιακής ακτινοβολίας, η οποία έχει ως αποτέλεσμα χαμηλότερη θερμοκρασία ρελαντί και μειωμένη χημική προσβολή. Το PFA με μαύρο χρώμα είναι ένα πλεονέκτημα μόνο εάν ο θερμαντήρας πρόκειται να χρησιμοποιηθεί ως θερμαντήρας υπερύθρων ή η εγκατάσταση είναι σκιασμένη και η ελαφρώς υψηλότερη εκπομπή ενισχύει τη μεταφορά θερμότητας στον στόχο. Για μερικώς βυθισμένες συσκευές θέρμανσης-εκείνες με το άνω τμήμα εκτεθειμένο στον αέρα-η απόφαση χρώματος θα πρέπει να εξαρτάται από το περιβάλλον της εκτεθειμένης περιοχής. Ένας φυσικός θερμαντήρας PFA με μαύρη βαμμένη ή κολλημένη περιοχή στη ζώνη αέρα είναι ένας συμβιβασμός που σπάνια δικαιολογείται. Το φυσικό χρώμα είναι η ασφαλέστερη προεπιλεγμένη προδιαγραφή για γενικής χρήσης-υπαίθριους-θερμαντήρες PFA, με το μαύρο να διατηρείται για συγκεκριμένες εφαρμογές θέρμανσης με ακτινοβολία όπου η εκπομπή εκπομπής και όχι η απορρόφηση είναι η βασική παράμετρος σχεδιασμού.