Kylfläns, färg och kylkapacitet

[säter]

Ja ifrågasatte för länge sedan varför värmeelement i hus och särskilt i verkstäder, där de av någon anledning skulle målas med silverfärg.

Det har jag också funderat över.

[pi314]

Lätt att räkna?
Värmeöverföring kan ske på tre sätt.
– Värmeledning.
– Konvektion.
– Värmestrålning.

Värmeledning
För att räkna på hur mycket energi som öveförs med värmeledning så måste man känna till värmeledningsförmågan (k) hos det som överför värmen. Här är några exempel.

Ämne / värmeledningsförmåga (W/m K)
Copper / 400
Aluminum / 240
Cast Iron / 80
water / 0.61
air / 0.026

Luft leder värme dåligt. Om man kan få luft att stå stilla så är det en utmärkt isolator.

Q/A, värmeövrföring per ytenhet (W/m²) kan beräknas om man vet k och temperaturgradienten.

Q/A = -k x dT/dx

Konvektion
Konvektion uppstår som resultatet av ett flöde, av en gas eller en vätska förbi en fast kropp. Värmeöverföringen sker i ett tunt gränsskikt, nära kroppen. Värmeöverföringskefficielten h (W/m²K) beror på fluidum (vätska eller gas) och flödeshastigheten. Några exempel på typiska värden på h.

Naturlig konvektion, gas: 10
Naturlig konvektion, vätska: 100
Forcerad konvektion, gas: 100
Forcerad konvektion, vätska: 1000

Värmeflödet kan beräknas med Newtons ekvation.

Q/A = h x (T_s - T_f)

Värmestrålning
All materia som har en temperatur över absoluta nollpunkten avger värme genom strålning. En kropp med t.ex. rumstemperatur 20°C i ett tempererat rum med temperaturen 20°C både avger och tar upp värme. Det är först när kroppens temperatur är högre än omgivningen som kroppen, netto, avger mer värme än den tar upp.

För att beräkna hur mycket strålningsvärme (Q/A) en kropp avger måste vi veta dess absoluta temperatur (i K) och kroppens emissivitet (e). En perfekt svartkropp har emissiviteten 1. Några exempel på emissivitet.

Hud: 0,98
Asfalt: 0,88
Aluminium, slät, polerad: 0,04
Aluminium, grovt, oxiderat: 0,2

Q/A = e x σ x T⁴

σ = Stefan-Boltzman konstant, 5,6704 x 10⁻⁸Wm⁻²K⁻⁴.

Här är det lätt att tänka att upphöjt till fyra gör att strålningen snabbt tar över. I praktiken är ofta konvektion och strålning av samma storleksordning när temperaturskillnaden är mindre än 100°C. I intervallet 0-100°C.

Ett par källor.

Heat Transfer Mechanisms

https://www.engr.colostate.edu/~allan/h ... age4f.html

Elementtillverkaren Lenhovda publicerar ganska bra datablad där det anges avgiven effekt vid temperaturerna 55/45-20 och vid 75/65-20 (°C, in/ut-omgivning).

I Lenhovdas datablad kan man se att strålningen är en större andel vid 75°C än vid 55°C in till elementet. Hur stor andel som är konvektion respektive strålning är inte helt självklart att beräkna.

Om rikkitikkitavi gör några fler mätningar vid några fler temperaturer så blir det enklare att beräkna andel konvektion respektive strålning.

Det vore också intressant att se om kylningen (genom konvektion) förbättras ungefär en faktor 10 om man blåser på kylelementet med en fläkt.

/Pi

[rikkitikkitavi]

Just denna profilen blir svår att kyla mha fläkt, men jag skall ställa den på högkant för att se om jag får en skorstenseffekt och bättre konvektion.
Ett lagom lördagsprojekt när man sitter barnvakt. (äldsta dottern är ute och vill nog bli hämtad framåt nattkvisten så man får vara nykter och körklar med samma readyness som Nationella insatsstyrkan...)

Det blir bara förbannat svårt att odla med krukorna på högkant

[pi314]

Enkla beräkningar om värmeflöde
I praktiken kan man ofta förenkla betydligt i föhållande till mitt inlägg ovan. Jag tar två exempel.

Kylfläns
Dom har ofta en termisk resistans angiven. T.ex. 1,5°C/W. Då duger det ofta att räkna ungefär som "ohms lag", dvs.

temperaturökningen = termiska resistansen x förlusteffekten

Med 20 watt förlusteffekt, 1,5°C/W så ökar temperaturen ca 30°C. Om det är 20° i rummet så blir flänsens temperatur ca 50°C.

Gärna med lite marginal. Definitivt under iakttagande av sunt förnuft. Med några faktorer till i åtanke.
– Se till att flänsens "vingar" monteras vertikalt så att dom inte hindrar luftflöde.
– Se till att flänsen är fritt och öppet monterad och placerad så att inget hindrar luftflödet.
– Det kommer till termisk resistans mellan halvledare och dess kapsling.
– Montera halvledaren på flänsen så att det blir minsta möjliga termiska resistans. Med lämplig kylpasta.

Huset
Om man t.ex. vet att det går åt ca 6 kW att hålla 20°C inne när det är 0°C ute.
Då går det åt ca 300 watt per grad temperaturskillnad mellan inne och ute.

Man brukar säga att man kan spara 5% genom att sänka innetemperaturen en grad.

Om man har en värmepump så spar man mer än 5% om man sänker innetemperaturen en grad.
Om t.ex. "värmespridningen" inne, med element eller fläktkonvektorer, kan sänkas tre grader när innetemperaturen sänks en grad, då ökar COP. Med kanske 2,5% per grad. Från t.ex. 4 till 4,3. Vilket leder till en total minskning av elförbrukningen med ca 5% + 7,5%.
Med exempelhuset ovan, men med värmepump, minskar elförbrukningen från 6/4 = 1,5 kW till 5,7/4,3 = 1,326 kW.

/Pi

[rikkitikkitavi]

Nu har jag testat med profilen på högkabt, och den varmaste delen längst ner.

Skillnaden blev ungefär 1 grad lägre temperatur. Jag hade inte förväntat mig någon större skillnad.

Nu skall jag rigga ett papprör runt profilen för att se om vi får till termiken

[HUGGBÄVERN]

Man ska inte bli förvånad om man får konstiga resultat.
På RIFA skulle man just hetta upp en kondensator genom att placera en massa kondingar runt denna och köra pulsad/växelström genom dessa och värma upp dem. Resultatet blev det omvända för det visade sig att de uppvärmde kondingarna ökade genomströmningen av luft vilken kylde ner kondensatorn under test.

[alexanderson]

Det finns både blank och matt svart färg. Finns här någon som har gjort en jämförelse ?
Även en jämförelse med zinkspray vore intressant !
Hur påverkar ytjämnheten värmeöverföringen (blank aluminium jämförd med sandblästrad aluminium) ?

[alexanderson]

Ja ifrågasatte för länge sedan varför värmeelement i hus och särskilt i verkstäder, där de av någon anledning skulle målas med silverfärg.

Det har jag också funderat över.

Vilket färgpigment innehöll silverfärgen ?
Nuförtiden finns det väl bara vit elementfärg att köpa.

[pi314]

Det finns både blank och matt svart färg. Finns här någon som har gjort en jämförelse ?
Även en jämförelse med zinkspray vore intressant !
Hur påverkar ytjämnheten värmeöverföringen (blank aluminium jämförd med sandblästrad aluminium) ?

Fem inlägg upp finns lite om emmisivitet. Bl.a. detta.

Aluminium, slät, polerad: 0,04
Aluminium, grovt, oxiderat: 0,2

En ojämn, grov yta, har större yta än en blank yta.

När det gäller färgen så är det lite knepigare. Det vi ser som färg är inom det synliga spektrat. Det som har betydelse när det gäller radiatorer och kylflänsar är egenskaper för betydligt längre våglängd än synligt ljus. I allmänhet är dock en matt, svart färg bra.

Heat transfer by radiation is a function of both the heat-sink temperature and the temperature of the surroundings that the heat sink is optically coupled with. When both of these temperatures are on the order of 0 °C to 100 °C, the contribution of radiation compared to convection is generally small, and this factor is often neglected. In this case, finned heat sinks operating in either natural-convection or forced-flow will not be affected significantly by surface emissivity.

In situations where convection is low, such as a flat non-finned panel with low airflow, radiative cooling can be a significant factor. Here the surface properties may be an important design factor. Matte-black surfaces radiate much more efficiently than shiny bare metal. A shiny metal surface has low emissivity. The emissivity of a material is tremendously frequency-dependent and is related to absorptivity (of which shiny metal surfaces have very little). For most materials, the emissivity in the visible spectrum is similar to the emissivity in the infrared spectrum; however, there are exceptions – notably, certain metal oxides that are used as "selective surfaces".

https://wiki.alquds.edu/?query=Heat_sink

/Pi

[pi314]

Ja ifrågasatte för länge sedan varför värmeelement i hus och särskilt i verkstäder, där de av någon anledning skulle målas med silverfärg.

Det har jag också funderat över.

Vilket färgpigment innehöll silverfärgen ?
Nuförtiden finns det väl bara vit elementfärg att köpa.

Om en jämförelse skulle visa att element målade med svart matt färg minskade energiförbrukningen med 5% så skulle kanske modet ändras och svarta element bli populära?

För det är väl en modesak att elementen ska vara vita?

All objects absorb and emit electromagnetic radiation. The rate of heat transfer by radiation is largely determined by the color of the object. Black is the most effective, and white is the least effective.

https://pressbooks.online.ucf.edu/phy20 ... radiation/

/Pi

[svanted]

Det innebär nästan 25% bättre värmeavledning med svartmålad profil,

det har jag väldigt svårt att förstå?
en kropps färg beror ju vilka våglängder som absorberas av ljuset utifrån.
att en kropp som absorberar alla värglängder skulle stråla mera energi än en färg som absorberar mindre av ljuset,
är ngt att fundera på.
eller snarare, det tror jag inte på.

hypotetiskt, om man släcker lampan i rummet blir ju kroppen svart, som allt annat, strålar den mera då?

kan det ha att göra med att ytjämnheten påverkas p.g.a. färglagret?

är den omålade tvättad så att den inte har en fet yta?

edit:
strålningen har bara med temperaturen att göra,
men konvektion p.g.a. färglagret är ngt helt annat.

edit igen:
såklart har jag fel fel fel, ignorera mitt inlägg ovan.

[rikkitikkitavi]

Det hade gett liknande resultat med andra färger. Jag hade kunnat tejpa den också. När jag skriver "färg" menar jag ytbehandling. Färgen som sådan, ngn form av organisk polymer med färgpartiklar av ngt ämne i sig är inte lika viktig.

Jag har funderat på att testa med lite klarlack också för skojs skull men inte hunnit med.

Trickset är att ytan är inte längre aluminiumoxid, utan färg eller ett annat material med signfikant högre emissivitet. Färg, inte färgen/nyansen i sig alltså. Extremexemplet är vantablack.
https://en.wikipedia.org/wiki/Vantablack

Det gör att utstrålningen av värme ökar givet att U-profilen har högre temperatur än omgivningen vilket den har då den är 40-60C varm i mitt labb.


När det gäller naturligt oxiderad aluminium är oxidskiktet extremt tunnt, det är < 10nm vilket skall jämföras med våglängder på 400nm(blåviolett) och längre. Det "finns inte" alltså riktigt på vanlig aluminium som är extruderad eller polerad och metallytan "skiner genom".

Anodiseringen skapar ett tjockare lager av hydratiserat aluminiumoxid med porer som man kan få in färgpartiklar i vilket ger färgsättningen. Detta gör alltså att den effektiva emissivitetsfaktorn stiger. Det går att bygga anodskit upp till mikrometertjocklek, alltså i samma storlek som infraröd värmestrålnings våglängder.

Notera att aluminiumoxid har högre emissivitet i ett brett våglängdsområde än aluminiummetall.

En lustig sak med högintensiva LED är att mycket av deras energi avges som synlig strålning, det handlar om 10-20% av tillförd energi (grönt ljus, 100% verkningsgrad är drygt 600 lumen/watt, det finns idag LED som ger 200lumen/watt och de jag testar har ca 160lumen/watt) . Förlusterna avges som värme, varav en stor del faktiskt leds bort via kylflänsen. Men det synliga ljuset värmer objekten man belyser på samma sätt som solen värmer. Så det kan bränna växterna om man inte är försiktig.

De som odlar örter i tält har ofta ngn form av ventilationsfläkt för att hålla temperaturen i tältet lagom varmt.
https://www.hydrogarden.se/produkter/odlingstalt/
Notera att de använder mycket stora ljusintensiteter.

Jag nöjer mig med att förodla tomater, sallad och andra ätbara växter. Inskolningen, eller snarare utskolningen för att plantera ut är lättare ju svalare de växer upp men med hög intensitet på ljusflödet. Temperaturen påverkar tillväxten så det går långsammare och därmed klarar man sig med ljusflöden som är i nivå med en mulen sommardag.

Men de behöver ändå avhärdas genom att man successivt ställer ut dem längre och längre tid på dagarna. Det som storodlare kallar för "vandringarnas tid" på våren.

[alexanderson]

[/quote]

Om en jämförelse skulle visa att element målade med svart matt färg minskade energiförbrukningen med 5% så skulle kanske modet ändras och svarta element bli populära?

/Pi
[/quote]
För de som värmer huset med värmepump och vattenburen värme. Kanske mer än 5%.

[säter]

Om en jämförelse skulle visa att element målade med svart matt färg minskade energiförbrukningen med 5% så skulle kanske modet ändras och svarta element bli populära?

Jag har svårt att förstå hur det ska kunna minska energiförbrukningen?

[pi314]

>Jag har svårt att förstå hur det ska kunna minska energiförbrukningen?

Jag utgår från att dom flesta fastigheter i Sverige idag värms med värmepumpar.

Om du då t.ex. kan sänka stigartemperaturen med, säg, 3°C och radiatorerna ändå avger samma effekt, då ökar värmepumpens effektivitet med ca 7%, varvid energiförbrukningen, från elnätet, minskar motsvarande.

Jag har intrycket att dom flesta med värmepump inte tillräckligt mycket uppskattar fördelarna med att kunna höja intemperaturen (brine) till en VV-VP och sänka elementtemperaturen med metoder som innebär att innetemperaturen i fastigheten bevaras.

När elementtemperaturen går från 55°C till 35°C så ökar COP på en VP som jag räknade på (min) med 44%.

Om svarta element avger mer värme vid samma temperatur så kan dom ge en rejäl besparing på elräkningen. Jag tycker fortfarande att det är en öppen fråga om det är någon skillnad och hur stor den i så fall är. Med matt svart färg på elementen i stället för blank vit.

/Pi