Grelni plašči PFA so na voljo v dveh pogostih barvnih različicah: naravni (prosojni, umazano-beli) in črno pigmentirani (z-ogljikom). Pri popolnoma potopljenem delovanju barva ne vpliva na učinkovitost grelnika, ker konvekcija prevladuje pri prenosu toplote in okoliška tekočina absorbira kakršno koli sevalno energijo, preden ta doseže ovoj. Pri-instalacijah na prostem-, kot so infrardeči sevalni grelniki, grelniki zračnih kanalov ali grelniki, nameščeni nad površinami tekočine v delno napolnjenih rezervoarjih-barva bistveno spremeni, koliko sevalne energije ovoj PFA absorbira iz okolice ali ji oddaja. Črno pigmentirana PFA absorbira 85–95 % vpadnega infrardečega sevanja, medtem ko naravna PFA prepusti 60–80 % vpadnega IR skozi ovoj in odbije večino preostalega. Ta razlika vpliva na tri praktične rezultate: čas segrevanja grelnika-od okolja, njegovo ravnovesno temperaturo v prisotnosti zunanjih virov sevanja in toplotno obremenitev na kovinskem vmesniku PFA-.
Absorpcijske in prenosne lastnosti glede na valovno dolžino
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 celotnem UV-vidnem-IR spektru zaradi ogljikovih delcev, ki so učinkoviti širokopasovni absorberji. Za bližnje-infrardeče sevanje (700–2500 nm), območje, ki je pomembno za toplotno segrevanje iz vročih sten rezervoarja ali sosednjih grelnikov, ostane naravni PFA delno prozoren s 40–60 % prepustnostjo in 15–25 % odbojnostjo. Preostalih 20–35 % absorbira sam polimer, predvsem zaradi tonov nihanja vezi ogljik-fluor. Črni PFA v istem območju NIR absorbira 85–92 % z zanemarljivo prepustnostjo skozi 1,5 mm debelino stene.
Za srednji- in daljni-infrardeči (2500–15000 nm), kar ustreza toplotni emisiji predmetov pri 50–300 stopinjah, oba materiala postaneta zelo absorpcijska, ker se valovni dolžini ujemata s temeljnimi molekularnimi vibracijami. Naravni PFA absorbira 70–80 % pri teh valovnih dolžinah; črna PFA absorbira 90–95 %. Praktična posledica je, da je barva najpomembnejša, ko je grelec izpostavljen sevalnim virom z najvišjo valovno dolžino emisij pod 2500 nm-natančneje sončni svetlobi (najvišja vrednost pri 500 nm), žarnicam z žarilno nitko (1000–2000 nm) ali vročim kovinskim površinam nad 300 stopinj (najvišja emisija<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.
Obremenitev s sončno energijo in zmogljivost namestitve na prostem
Pri grelnikih PFA, ki so nameščeni na prostem ali na območjih, obsijanih s soncem, barva pomembno vpliva na ravnovesno temperaturo plašča, ko je grelnik -izklopljen. Naravni plašč iz PFA prenaša 70–80 % vpadnega sončnega sevanja (spekter AM1,5, vrh 1000 W/m²) skozi polimer do spodnjega kovinskega jedra. Temno kovinsko jedro absorbira oddano energijo, se segreje in prevaja toploto nazaj v PFA. Ravnotežna temperatura naravnega PFA grelnika na soncu pri 30 stopinjah okolja brez notranjega napajanja je približno 45–50 stopinj. Črno pigmentiran PFA grelnik absorbira sončno energijo neposredno na zunanji površini in doseže ravnovesno temperaturo 65–75 stopinj pod enakimi pogoji-20–25 stopinj toplejši. Ta razlika je pomembna iz dveh razlogov. Prvič, višja izhodiščna temperatura črnega PFA prispeva k toplotni obremenitvi med nadaljnjimi cikli-vklopa. Črni grelnik, ki se začne pri 70 stopinjah, zahteva samo dvig za 80 stopinj, da doseže delovno temperaturo 150 stopinj, medtem ko naravni grelnik, ki se začne pri 50 stopinjah, zahteva dvig za 100 stopinj, kar ustvari 20 % manj toplotne ekspanzijske napetosti v črnem materialu. Drugič, povišana temperatura v prostem teku črnega PFA pospeši kakršen koli kemični napad atmosferskih onesnaževal (kislinske meglice, klorovi hlapi), ker se hitrost reakcije približno podvoji za vsakih 15–20 stopinj dviga temperature. Za zunanje instalacije v kemično agresivnih okoljih naravni PFA zagotavlja daljšo življenjsko dobo v mirovanju zaradi manjše sončne absorpcije.
Učinek sončnega ogrevanja se obrne ponoči ali v senci. Naravna PFA, ki je bolj pregledna za toplotno sevanje, tudi manj učinkovito oddaja pri dolgih valovnih dolžinah. Meritve sevalnega hlajenja kažejo, da se naravni PFA grelnik na jasnem nočnem nebu ohladi na 5–8 stopinj pod temperaturo okolja, medtem ko se črni PFA grelnik ohladi le na 2–3 stopinje pod temperaturo okolja. Za aplikacije v hladnih podnebjih, kjer mora grelec vzdrževati minimalno temperaturo, da prepreči kondenzacijo ali zmrzovanje, močnejše sevalno hlajenje naravnega PFA deluje proti upravljavcu in zahteva več energije za vzdrževanje nastavljene vrednosti.
Vodnik za izbiro barve glede na okolje namestitve
| Namestitveno okolje | Prevladujoči način prenosa toplote | Priporočena barva PFA | Primarni razlog |
|---|---|---|---|
| Popolnoma potopljen v tekočino (tekočina katere koli barve) | Konvekcija (prisilna ali naravna) | bodisi (ni razlike) | Tekočina prevladuje pri prenosu toplote; barva nepomembna |
| Na prostem-zrak v zaprtih prostorih, brez sončne svetlobe, brez vročih površin v bližini | Naravna konvekcija v zrak | Bodisi | Izmenjava sevanja zanemarljiva; barvna razlika<2°C |
| Open-air indoor, adjacent to hot tank wall (>150 stopinj) | Sevanje vroče stene + konvekcija | Naravna (prosojna) | Črna absorbira odvečno sevajočo toploto in zviša temperaturo plašča za 10–20 stopinj |
| Na prostem, neposredna sončna svetloba, zmerno podnebje (20–35 stopinj okolja) | Sončno sevanje + konvekcija | Naravno | Omejuje sončno ogrevanje; zniža temperaturo v mirovanju za 15–25 stopinj |
| Outdoor, direct sunlight, hot climate (>40 stopinj okolja) | Solar + konvekcija | Črna z odsevnim ščitom | Naravni destilatorji segrejejo iz oddane sončne energije; namesto tega dodajte ščit |
| Zunanji, v senci ali v zaprtih prostorih, grelnik, ki se uporablja kot vir sevanja | Predvidena IR emisija za cilj | Črna | Višja emisijska sposobnost (0,92 v primerjavi z . 0.75 za naravno) izboljša učinkovitost |
| Kemično agresivna atmosfera (kisla meglica, klor) | katera koli | Naravno | Nižja temperatura površine v prostem teku zmanjša stopnjo kemičnih napadov |
| Hladno podnebje, grelnik vzdržuje minimalno temperaturo (brez zmrzovanja) | Naravna konvekcija | Črna | Zmanjša sevalno hlajenje ponoči; manjše toplotne izgube za 2–3 % |
| Grelec viden operaterjem (varnostni pomislek) | katera koli | Naravna (prosojna) | Črna je lahko videti "zažgana" tudi pri normalnem delovanju |
Zaključek: potopitev izbriše barvne razlike; Na prostem je potrebna izbira
Pri popolnoma potopljenem delovanju barva plašča grelnika PFA nima merljivega vpliva na delovanje, življenjsko dobo ali učinkovitost, ker konvekcija prevladuje pri prenosu toplote, okoliška tekočina pa blokira izmenjavo sevanja. Pri inštalacijah-na prostem je naravna (prosojna) PFA boljša za večino zunanjih in kemično agresivnih okolij, ker absorbira manj sončnega sevanja, ohranja nižjo temperaturo v mirovanju in zmanjšuje kemične napade. Črno pigmentiran PFA je ugoden le, če je grelec namenjen oddajanju sevalne energije (kot IR grelec) ali ko je instalacija zasenčena in nekoliko višja emisivnost izboljša prenos toplote do cilja. Za delno potopljene grelnike-tiste, katerih zgornji del je izpostavljen zraku-bi morala odločitev o barvi temeljiti na okolju izpostavljenega dela. Naravni PFA grelnik s črno pobarvanim ali lepljenim delom v zračni coni predstavlja kompromis, ki je le redko upravičen. Najvarnejša privzeta specifikacija za-grelnike PFA za odprt-zračni-splošni namen je naravna barva, pri čemer je črna rezervirana za posebne aplikacije sevalnega ogrevanja, kjer je glavni parameter zasnove emisija in ne absorpcija.
