Czy kolor farby ma znaczenie na radiatorze?

15

Ciepło opuszcza radiator poprzez przewodzenie, konwekcję i promieniowanie. Nauczono mnie, że czarne powierzchnie najlepiej emitują ciepło i odpowiednio wiele radiatorów jest czarnych. Ale mają też płetwy do konwekcji. A duże radiatory mają wiele dużych płetw. Konwekcja wydaje się zatem ważna.

Co się stanie, jeśli ze względów estetycznych będę musiał pomalować radiator na biało? Kolor biały jest oczywiście najlepszym kolorem do odbijania promieniowania cieplnego. Czy to odbiłoby ciepło z powrotem jak indyk owinięty folią? Czy ktoś może oszacować utratę wydajności lub konieczny kompensacyjny wzrost oceny?

Grzejniki domowe PS są białe.

PPS Co oznacza „wykończenie materiału” w terminologii radiatora? nie do końca odpowiada.

Paweł Uszak
źródło
3
Można to lepiej zadać w inżynierii mechanicznej, ponieważ tak naprawdę są to pytania dotyczące płynów / dynamiki termicznej. Ale promieniowanie jest znacznie mniej wydajne niż konwekcja. Tak więc konstrukcja płetwy i jej kształt oraz przepływ powietrza będą miały większy wpływ na przepływ ciepła niż na kolor farby.
Kyle Hunter,
2
Jest wiele do powiedzenia na ten temat, ponieważ wszystko ma wpływ (trochę). Gruba warstwa kamienia rzeczywiście tworzy barierę wokół elementu grzejnego. Czy znasz elektryczne panele ścienne do ogrzewania na podczerwień? To tylko duża, podgrzewana blacha. Producenci twierdzą, że można go pomalować na każdy kolor bez wpływu na wydajność. Grzejniki w systemie centralnego ogrzewania są również malowane. To nie ma wpływu. Więc śmiało, użyj farby przeznaczonej na wysokie temperatury, ale nie nakładaj na nią grubej warstwy.
Jot
Jeśli masz wiele radiatorów, które muszą być białe, możesz skontaktować się z kimś takim jak Phanteks lub Alpenföhn, który produkuje chłodzenie procesora z białymi radiatorami i wynegocjować jakąś umowę dotyczącą wykorzystania ich procesów.
Andrew Morton,
W temperaturach pokojowych (~ 300 K) szczytowa emisja wynosi około 10 um, zgodnie z prawem Stefana-Boltzmanna. Przy tej częstotliwości każda farba jest „czarna”, nawet biała, może oprócz niektórych błyszczących farb metalicznych.
Ale..chenski

Odpowiedzi:

36

Nie maluj radiatorów. Warstwa farby będzie działać jako izolator między metalem a powietrzem, zmniejszając jego zdolność do rozpraszania ciepła.

Anodowanie radiatora to mniejszy problem. Warstwa anodowania jest znacznie cieńsza niż farba (na przykład kilka mikrometrów w aluminium), więc wykazuje znacznie niższy opór cieplny niż farba.

Kolor farby nie będzie miał znaczącego wpływu na chłodzenie, chyba że różne kolory farby będą cieńsze lub grubsze niż inne, lub jeśli radiator zostanie wystawiony na bezpośrednie działanie promieni słonecznych.

Duskwuff -inactive-
źródło
Co zatem z grzejnikami domowymi? Pochodzą one z fabryki i myślę, że to coś w rodzaju grubej emalii. Z pewnością nie jest to tak mądre jak anodowanie.
Paul Uszak,
8
Grzejniki domowe, pomimo nazwy, ogrzewają pomieszczenie poprzez konwekcję: en.wikipedia.org/wiki/Radiator_(heating)
Steve Melnikoff
15
@PaulUszak, bez farby grzejnik byłby zbyt wydajny, więc ludzie, którzy go dotkną, prawdopodobnie doznaliby poparzeń. Tak więc efekt izolacji tutaj jest celowy.
Simon Richter
2
także: estetyka
AC
5
@ SteveMelnikoff, radiatory w urządzeniach elektronicznych przenoszą ciepło do otaczającego powietrza za pomocą dokładnie tego samego mechanizmu, który przenosi ciepło z żeliwnego grzejnika do powietrza w mojej sypialni. Powietrze dotyka radiatora / radiatora i odbiera ciepło przez przewodzenie . Następnie gorące powietrze przesuwa się z drogi, aby zająć więcej chłodnego powietrza. Mechanizmem, który porusza powietrze, może być konwekcja (jeśli jest to pasywny radiator lub jeśli zostawiam wentylator sufitowy wyłączony w mojej sypialni), lub może być wymuszony przez wentylator.
Solomon Slow
30

Tak, czarny ma najwyższą emisyjność (najlepiej pochłania promieniowanie - wzajemność - lub prawo promieniowania termicznego Kirchoffa). Zauważ, że musi być „czarny” przy odpowiednich długościach fal, co niekoniecznie musi odpowiadać byciu czarnym w widmie widzialnym.

Oznacza to, że promieniowanie wymiany ciepła zostanie zmaksymalizowane, jeśli emisyjność zbliży się do 1 (ciało czarne). Jeśli Twój radiator „widzi” głównie chłodniejsze rzeczy, będzie miał lepsze chłodzenie, a jeśli zobaczy gorętsze rzeczy, nie będzie również chłodzić.

Jednak radiacyjny transfer ciepła zwykle nie jest aż tak znaczący w porównaniu z przewodzonym transferem ciepła i (zwykle najważniejszym dla półprzewodnikowych radiatorów w normalnych warunkach) konwekcyjnym przenoszeniem ciepła. Tak więc zwykle kolor nie jest aż tak ważny w porównaniu do dynamiki płynów, w jaki sposób powietrze przepływa przez żebra i jak ciepło jest przekazywane do żeber. Płetwy najczęściej „widzą” inne płetwy, więc promieniowanie ma jeszcze mniejszy wpływ.

Istnieją wyjątki dla tych z nas, którzy projektują elektronikę, która musi przetrwać w próżni i / lub w przestrzeni kosmicznej lub na bardzo dużych wysokościach, a jeśli przedmiot pochłaniający ciepło (lub to, co widzi) jest bardzo gorący, promieniowanie może stać się ważniejsze (4. moc temperatury).

Przykładową sytuacją, w której błyszczący może być radiator o niskiej emisyjności, może być radiator regulatora napięcia w bezpośrednim widoku grzejnika, żarówki lub lampy próżniowej.

Dowolny kolor barwnika, jaki lubisz, może być zastosowany podczas anodowania, lub żaden, który nazywa się „czystym” anodowaniem. Zazwyczaj utlenia glinu (to jest nie powłoki) jest bardzo cienka warstwa izolacyjna, ale w niektórych przypadkach może być bardziej niż o grubości kilku mil.


wprowadź opis zdjęcia tutaj

Edycja: Zróbmy obliczenia z tyłu obwiedni, aby zobaczyć, jak znaczące jest promieniowanie. Zakładam radiator model 530002B02500G firmy Aavid Thermalloy. Ma naturalny współczynnik konwekcji wynoszący 2,6 stopnia C na wat, który moim zdaniem jest oceniany jako wzrost o 70 stopni C w stosunku do temperatury otoczenia.

Jeśli więc temperatura otoczenia wynosi 25 stopni C, a radiator wynosi 95 stopni C, całkowita rozproszona moc wyniesie 27 W.

Ile z tego wynika z promieniowania? Możemy traktować radiator (tylko do celów sprzężenia radiacyjnego *) jako blok o wymiarach 64 mm x 25 mm x 42 mm (ignorując wycięcie), który reprezentuje powierzchnię 0,011 metra kwadratowego.

Strata ciepła na skutek promieniowania (przy założeniu emisyjności 1) wynosi

q=σZA(T.H.4-T.do4)σ

Podstawiając wartości, otrzymujemy przepływ ciepła 6,4 W z powodu promieniowania w temperaturze radiatora 95 stopni C i temperaturze otoczenia 25 stopni C, więc mniej niż 25% wynika z promieniowania w optymalnych warunkach dla maksymalizacji strat promieniowania. Bardziej prawdopodobne jest, że mamy do czynienia z wymuszoną konwekcją, a utrata ciepła przez promieniowanie znów jest mniejsza. Radiator znajdujący się bliżej sześcianu również miałby mniejsze straty ciepła z powodu promieniowania. Nie dość niski, by go zignorować, ale nie dominujący.

  • W przypadku promieniowania zwoje radiatora „widzą” głównie inne powierzchnie radiatora, więc blok wymiarów zewnętrznych jest odpowiedni dla promieniowania (do pierwszego przybliżenia). Faktycznie mają one wpływ na zbliżenie efektywnej emisyjności bliżej 1,0 niż na samą powierzchnię, ponieważ część światła, które nie jest pochłaniane, odbije się na inne powierzchnie i otrzyma kolejną szansę na pochłonięcie (i to samo na odwrót, oczywiście w przypadku promieniowania ciepło - ale łatwiej jest wyobrazić sobie pochłanianie światła, ponieważ widzimy światło widzialne i nie widzimy długości fal IR emitowanych przez radiator w rozsądnych temperaturach - jeśli radiator świeci na czerwono, żółto lub niebiesko-biało, prawdopodobnie masz inne problemy).
Spehro Pefhany
źródło
nie aż tak znaczące Czy jesteś w stanie zaparkować piłkę (w przypadku radiatorów innych niż międzygwiezdne)? Mniej niż 50%?
Paul Uszak,
Istnieje powód, dla którego na rynku można uzyskać białą farbę specjalnie wykonaną do ogrzewania grzejników w domu ...
PlasmaHH
1
+1 dla „czarnego” przy odpowiednich długościach fal, [niekoniecznie] musi odpowiadać byciu czarnym w widmie widzialnym. ”
owjburnham,
1
Fajnie, używając twoich liczb, obliczyłem, że potrzebujesz radiatora o temperaturze ~ 470 K, aby promieniować ~ 25 watów. Innym miejscem, w którym nie chciałbyś mieć czarnego radiatora (obok żarowego światła), jest to, że radiator jest wystawiony na działanie promieni słonecznych.
George Herold,
2
@Matt Mogę się mylić, ale myślę, że chodzi mu o to, że tylko dlatego, że coś wygląda na ludzkie oko (pochłania promieniowanie widzialne), nie oznacza, że ​​równo pochłania równie dobrze (np.) Promieniowanie podczerwone. Więc niekoniecznie działa jak „czarne ciało” bez dalszych dowodów niż gołym okiem. Stąd nie „czarny” w sensie „czarnego ciała” oprócz widma widzialnego.
John D,
13

Kiedyś sprzedawałem powłoki o wysokiej wydajności, w tym powłoki do zarządzania temperaturą, i to wcale nie jest proste pytanie. Na przykład jeden sprzedawca wykonał dwie powłoki, które były matowo czarne o zalecanej grubości suchej powłoki mniejszej niż dwa tysiące, a jeden został zaprojektowany jako izolator, a drugi został zaprojektowany jako powłoka rozpraszająca ciepło. Zalecane przypadki użycia to odpowiednio nagłówki wydechu i zaciski hamulcowe.

Miałem powleczone radiatory i przeprowadziłem eksperymenty. Stwierdziłem, że przy niskich różnicach temperatur najlepszy jest radiator nagi, a następnie izolowany, a powłoka promieniująca była najgorsza. Przy wysokich różnicach temperatur powłoka emisyjna pokazała, że ​​warto przewyższać goły metal, a powłoka izolacyjna stała się również bardziej skuteczna w spowalnianiu wymiany ciepła.

Bawiłem się też innymi powłokami, takimi jak konwencjonalne farby, które były izolatorami, dopóki nie zapaliły się, oraz grubą powłoką izolacyjną, która była najlepszym izolatorem, dopóki się nie stopi.

Wniosek: To zależy od temperatury, potrzebnego transferu ciepła i innych czynników. Która powłoka jest najlepsza dla Twoich potrzeb, ale użycie standardowej farby nigdy nie pomoże radiatorowi.

Hildred
źródło
6

Błyszczące metalowe powierzchnie są wyjątkowo dobre w odbijaniu, bardzo słabe w emitowaniu promieniowania. Wszystko (prawie wszystko), czym je pomalujesz, poprawi promieniowanie cieplne.

Pomalowane na czarno powierzchnie lepiej absorbują światło słoneczne, ponieważ większość energii słonecznej znajduje się w pobliżu widma widzialnego lub wokół niego. Ale jeśli radiator nie jest tak gorący, że świeci, nie będzie emitował dużo promieniowania w widmie widzialnym, więc jego kolor dla oka jest całkowicie nieistotny.

Pasywnie wentylowane radiatory, które nie są zamknięte w odblaskowym pojemniku, emitują znaczną ilość promieniowania. Przepraszam, nie mam pod ręką liczb, ale jest to mniej niż 50%. W przypadku równoległych żeber, które są tego samego koloru, promieniowanie jest równoważone przez absorpcję, więc wewnętrzny kolor żeber nie ma większego znaczenia, ale dla odsłoniętych powierzchni ma to znaczenie.

Z tego powodu zobaczysz, że radiatory z wymuszonym przepływem powietrza w komputerze często nie mają anodowanych na czarno styków.

Odsłonięte aluminiowe radiatory i tak muszą zostać pomalowane / anodowane, aby zapobiec korozji, w przeciwnym razie będziesz musiał dołączyć instrukcje takie jak „nie używać z 1000 jardów morza”

David
źródło
3

Właściwość, której prawdopodobnie szukasz, to emisyjność.

Istnieją 3 główne procesy, przez które przenoszone jest ciepło:

  • Przewodnictwo (ruch ciepła wewnątrz materiału)
  • Konwekcja (ruch ciepła przez ruch ogrzanego materiału)
  • Promieniowanie

Efektywność każdego z tych procesów zależy od danych materiałów i temperatury otoczenia. Całkowity przepływ ciepła jest sumą przepływu ciepła z każdego procesu na granicy powietrze / radiator.

Radiacyjny przepływ ciepła składnik jest proporcjonalny do emisyjność powierzchni, temperatura, do czwartego, i efektywnej powierzchni.

Spójrz na tę poręczną listę emisyjności w temperaturze pokojowej .

Najwyższe emisyjności występują w lodzie, wodzie, szkle, wapieniu i farbie (w tym białej); zauważ, że nie wszystkie są czarne. W rzeczywistości wydaje się, że oprócz polerowanych metali wszystkie materiały mają niemal idealną emisyjność.

Ponadto, jak zauważono w większości innych odpowiedzi, warstwa farby będzie działać jako świetny izolator (do przewodzenia w radiatorze).

mic_e
źródło
0

Nie maluj radiatora, ponieważ jego promieniowanie będzie mniej wydajne, ponieważ będziesz miał dodatkową warstwę pokrywającą radiator. Czarny radiator lepiej emituje ciepło, ale ma niewielką przewagę procentową.

Jeśli użyjesz wentylatora do wysadzenia radiatora, kolor nie ma większego znaczenia.

Jason Han
źródło
0

„Nauczono mnie, że czarne powierzchnie najlepiej emitują ciepło”

To nie jest poprawne. Czarny obiekt pochłania szersze spektrum promieniowania niż ciało kolorowe, ale sam kolor nie ma wpływu na sprawność grzejnika. Wiele radiatorów jest czarnych, ponieważ anodowanie na czarno to tani proces, który zapobiega utlenianiu i korozji. BTW, jest to również izolator, więc jeśli ważne jest, aby tranzystor był w kontakcie elektrycznym z radiatorem, nie możesz liczyć na sam kontakt fizyczny.

AnalogKid
źródło
11
Wydajność promieniowania jest taka sama jak wydajność absorpcji. To są te same rzeczy.
David
@david Ale wydajność radiacyjna ma znaczenie tylko wtedy, gdy obiekt jest wystarczająco gorący, aby promieniować znaczną ilość ciepła - jak w, świecącym gorącym.
duskwuff -inactive-
2
@duskwuff, nie, nie musi być gorąco. Na przykład w kosmosie znaczna większość strat / zysków ciepła będzie powodowana przez promieniowanie, a zatem kolor radiatorów w przestrzeni lub próżnia ma znaczenie.
RJR
2
@duskwuff Większość rzeczy świeci, jeśli oglądasz je przy odpowiedniej długości fali. Zobacz „kamerę termiczną” dla prostego przykładu ...
Paul Uszak,
1
To jest absolutna prawda. Emisyjność jest właściwością materiału, nie zależy od jego koloru. Przeprowadziłem eksperymenty, które potwierdziły, że biały radiator promieniuje znacznie lepiej niż nagi aluminiowy. Podobnie anodowany radiator promieniuje znacznie lepiej niż gołe aluminium, nie dlatego, że anodowane radiatory są często barwione na czarno, ale ponieważ tlenek glinu ma znacznie wyższą emisyjność niż metal aluminiowy
28910
0

To zależy od przewodności cieplnej i promieniowania farby ...

Jeśli masz farbę, która dobrze promieniuje, możesz zmieszać w niej trochę ziaren, aby zwiększyć powierzchnię ... Trochę dużych trocin z aluminium wykona zadanie ...

J. Doe
źródło
0

Czarna powierzchnia zarówno pochłania, jak i emituje lepiej niż równoważna biała powierzchnia. Najlepszy wybór kolorów zależy od środowiska otaczającego radiator. W zimnym ciemnym otoczeniu użyj czarnego radiatora. Jeśli urządzenie ma kiedykolwiek spotkać się z jasnym otoczeniem lub promieniowaniem cieplnym, użyj białego radiatora.

TopCat
źródło
Czy nie musimy zakładać, że temperatura radiatora> otoczenia? W przeciwnym razie o co chodzi, ponieważ ciepło przemieszcza się tylko w jednym kierunku?
Paul Uszak
Tak, ale ważne jest, czy w pobliżu znajduje się źródło promieniowania cieplnego (światło słoneczne lub gorąca powierzchnia), a nie temperatura powietrza. Zredagowałem moją odpowiedź, aby to wyjaśnić, dziękuję.
TopCat