Hoe werkt een warmtewisselaar?

Ze zijn prominent aanwezig in ons dagelijks leven zonder dat wij dat beseffen: in verwarmingssystemen, in de radiatoren van onze wagens en zelfs in onze koelkasten. Maar, hoe werken ze eigenlijk?

In tegenstelling tot wat de naam laat uitschijnen, ‘wisselt’ de warmtewisselaar niet echt warmte uit. In werkelijkheid zorgt een warmtewisselaar voor de overdracht van warmte tussen twee fluïda (vloeistoffen of gassen) met verschillende temperaturen zonder dat die fluïda met elkaar in contact komen.

Een warmtewisselaar heeft verschillende functies. Het opwarmen van een fluïdum is er daar één van, maar niet de belangrijkste. In feite, afhankelijk van het systeem waarin hij is geïntegreerd, kan hij ook een fluïdum afkoelen. Denk maar aan aircotoestellen of koelkasten.

Werkingsprincipe

Hoe werkt een warmtewisselaar met buizen.

1. Scheiding van de fluïda

Een warmtewisselaar is uitgerust met twee aparte circuits die door een geleidende wand van elkaar zijn gescheiden. Die scheiding zorgt ervoor dat twee fluïda kunnen stromen zonder dat ze zich vermengen. Tegelijkertijd wordt er warmte tussen beide overgebracht. Er kunnen verschillende fluïda worden gebruikt naargelang van het type thermische warmtewisselaar: water, een warmtegeleidende vloeistof, lucht, olie of waterdamp.

2. Stromen en uitwisselen van warmte

Het warme fluïdum stroomt door het ene circuit terwijl het koude fluïdum in het andere stroomt. Het temperatuurverschil tussen die twee fluïda veroorzaakt een temperatuurgradiënt. De warmte verplaatst zich van nature van het warme naar het koude fluïdum doorheen de scheidingswand volgens de wetten van de thermodynamica.

3. Optimaliseren van de overdracht

Het ontwerp van de warmtewisselaar zorgt voor een maximale doeltreffendheid. Dat heeft ook te maken met de keuze van de geleidende materialen (koper, roestvrij staal, aluminium en staal worden dikwijls gebruikt), het configureren van de stromen (tegenstroom, meestroom of kruisstroom) en het maximaliseren van het uitwisselingsoppervlak.

Soorten warmtewisselaars

Er zijn verschillende soorten warmtewisselaars. Elke soort speelt in op specifieke behoeften. De meest courante zijn platen-, buizen- en lamellen warmtewisselaars.. Elk type biedt voordelen op het vlak van efficiëntie, compactheid of onderhoudsgemak.

Platenwarmtewisselaar

Zo’n warmtewisselaar bestaat uit opeengestapelde, smalle platen. Hij heeft een groot uitwisselingsoppervlak en een uitstekende thermische efficiëntie. We vinden hem dikwijls terug in warmtepompen bijvoorbeeld.

Buizenwarmtewisselaar

Hij bestaat uit buizen, is robuust en is geschikt voor hoge druk. We vinden hem dikwijls terug in krachtige installaties zoals koeltorens van elektriciteitscentrales.

Warmtewisselaar met lamellen

Dat type warmtewisselaar maakt gebruik van lamellen om de uitwisselingsoppervlakte te vergroten. De omgevingslucht is over het algemeen het afkoelingsfluïdum zoals in radiatoren van voertuigen of computers.

Andere warmtewisselaars

Er bestaan veel andere soorten warmtewisselaars: spiraalwarmtewisselaars voor de industrie, de spiraalwarmtewisselaars voor warmwatertanks of nog roterende warmtewisselaars voor het recupereren van warmte in ventilatiesystemen.

Alomtegenwoordig: thuis tot in de industriesector

Warmtewisselaars zijn essentiële onderdelen van talrijke toepassingen voor huishoudelijk comfort én het optimaliseren van industriële processen.

• Op het vlak van verwarming zorgen zij voor de opwarming van de lucht of de productie van sanitair warm water door het recupereren van de warmte die wordt geproduceerd door de verwarmingssystemen.
• Ze zijn onmisbaar voor de werking van koelsystemen, aircotoestellen en warmtepompen.
• In de automobielsector zijn warmtewisselaars onontbeerlijk voor de goede werking van de motoren. Zij staan in voor het afkoelen van de koelvloeistof en de olie.
• Ook elektriciteitscentrales maken gebruik van die systemen om op een efficiënte manier thermische energie om te zetten in elektriciteit.
• De industrie gebruikt dan weer warmtewisselaars om productieprocessen te optimaliseren en de energie-efficiëntie te verbeteren. Met warmtewisselaars kunnen we de warmte recupereren die anders verloren zou gaan, met significante energiebesparingen tot gevolg.

Essentiële technologie voor een duurzame toekomst

Het belang van warmtewisselaars gaat in de toekomst nog toenemen o.a. in het kader van de energietransitie en het uitbouwen van een betere energie-efficiëntie.

Innovaties in dat domein zullen een sleutelrol blijven spelen in de ontwikkeling van duurzame en milieuvriendelijke technologieën.