Alles over de groene lifestyle

Warmtewisselaar

Een warmtewisselaar (WTW) is, net als een warmtepomp, een apparaat dat kan bijdragen aan een duurzame verwarming van uw huis. Zoals de naam al doet vermoeden, brengt een warmtewisselaar warmte over van één medium naar een ander. Het apparaat kan dus gebruikt worden om een stof ofwel af te laten koelen, ofwel op te warmen. In het eerste geval wordt de stof in contact gebracht met een kouder medium, in het tweede geval is het medium warmer. In huishoudelijke situaties wordt een warmtewisselaar veelal gebruikt om warmte terug te winnen uit bijvoorbeeld een houtkachel. Warmtewisselaars worden ook veel gebruikt in combinatie met warmtepompen en zonneboilers om warmte-overdracht tussen het opgewarmde medium en het huiswater mogelijk te maken.

Om de temperatuuroverdracht te idealiseren, wordt in een warmtewisselaar meestal gebruik gemaakt van het tegenstroomprincipe. Dit principe houdt in dat twee stoffen die in tegengestelde richting langs een membraan stromen, veel effectiever hun eigenschappen (in dit geval: warmte)aan elkaar kunnen overdragen dan wanneer zij in gelijke richting stromen. Dit komt omdat de zogenaamde gradiënt, het verschil in temperatuur tussen de deeltjes die warmte uit moeten wisselen, groter blijft. Er zijn verschillende soorten warmtewisselaars, waarvan we de drie meest voorkomende bespreken: de buizenwarmtewisselaar, de platenwarmtewisselaar en de spiraalwarmtewisselaar.

Buizen warmtewisselaar

Een buizenwarmtewisselaar bestaat uit een netwerk van dunne buizen die in een vat zijn geplaatst. Door de buizen stroomt één stof, door het vat stroomt een ander. Langs het contactoppervlak van het buizenstelsel geeft de warmste stof zijn warmte af aan de andere, koelere stof. Warmtewisselaars van deze soort vind je bijvoorbeeld terug in zonneboilers, waar het buizenstelsel met verwarmde vloeistof door het waterreservoir loopt.

Buizen warmtewisselaar

De stroming in een buizenwarmtewisselaar. De donkerblauwe pijl geeft de stroomrichting in het vat weer, de donkergroene pijlen geven de stroomrichting in de buizen weer.

Platen warmtewisselaar

De platenwarmtewisselaar is een veel voorkomende vorm van warmtewisselaars, die in vrijwel alle CV-installaties op de één of andere manier is opgenomen. Deze populariteit is niet voor niets; de platenwarmtewisselaar is zeer efficiënt, iets wat met name veroorzaakt wordt door het grote contactoppervlak tussen de verschillende stoffen. Daarnaast is hij ook nog eens relatief goedkoop en makkelijk in onderhoud.

Zoals de naam al zegt, bestaat een platenwarmtewisselaar uit een serie aaneengeschakelde platen. In grotere toepassingen vindt deze aaneenschakeling plaats via pakkingen; in kleinere varianten worden de platen aan elkaar gesoldeerd. De platen worden dicht op elkaar geplaatst, zodat het grootste gedeelte van het water daadwerkelijk in contact komt met de plaat en een kans krijgt aan de warmtewisseling mee te doen. Door de vloeistof langs de platen te laten stromen, wordt deze als het ware ‘in plakjes’ gesneden. Omdat de warme en koude ‘plakjes’ elkaar afwisselen, krijgt het warme water kans warmte af te geven aan de koude vloeistof. In onderstaand filmpje wordt dit concept duidelijk gemaakt:



De stroming door een platen warmtewisselaar. Het is goed te zien dat de vloeistoffen in dunne ‘plakjes’ langs elkaar stromen. Het grote oppervlak van de platen zorgt voor een goede warmte-overdracht.

Spiraal warmtewisselaar

Een spiraalwarmewisselaar bestaat uit twee kanalen die in een spiraalvorm om elkaar gewonden zijn. Door één van de kanalen loopt warm water, door het andere loopt koud water. De stroomrichting in beide kanalen is tegenovergesteld, zodat de gradiënt hoog blijft en de warmte-overdracht optimaal. Een spiraalwarmtewisselaar gebruikt relatief weinig ruimte en houdt de stroomsnelheid hoog. Hierdoor is de kans kleiner dat zoutafzettingen of andere opgeloste vaste stoffen de wisselaar vervuilen. Spiraalvormige wisselaars worden onder andere toegepast bij pasteurisatie, maar ook in het terugwinnen van warmte uit afvalwater.

Spiraalwarmtewisselaar

De stroomrichting in een spiraalwarmtewisselaar. Omdat de windingen naar elkaar toe lopen, zijn er in het middelpunt twee haakse aansluitingen nodig.

De warmtewisselaar in huis

Warmtewisselaars kom je in vrijwel alle moderne woningen tegen. Een voorbeeld is de radiator, die in vrijwel ieder huis gebruikt wordt om de lucht te verwarmen. De vorm van een radiator (ribbels of aparte platen) is dusdanig, dat het contactoppervlak met de lucht zo groot mogelijk is. Ook wordt gebruik gemaakt van het tegenstroomprincipe; het warme water stroomt van boven naar beneden, terwijl de opwarmende lucht van beneden naar boven langs de radiator stroomt. Hierdoor kan de radiator zo snel mogelijk zoveel mogelijk lucht opwarmen.

Douchewarmtewisselaar

Door op zoveel mogelijk plaatsen warmte terug te winnen, kan een warmtewisselaar goed gebruikt worden om de verwarming van een huis te verduurzamen. Denk bijvoorbeeld aan de douche-afvoer. Door een douchewarmtewisselaar te plaatsen, kan de warmte van het afvalwater gebruikt worden om het koude douchewater voor te verwarmen. Hiermee wordt dus warmte teruggewonnen die anders het riool in zou stromen! Een andere plaats waar een warmtewisselaar veel winst kan boeken, is bij de ventilatie. Ontsnappende warmte bij een ventilatieschacht is verantwoordelijk voor ongeveer 10% van het warmteverlies in huis. Als de aan- en afvoerkanalen van frisse lucht elkaar kruisen, kan een warmtewisselaar geplaatst worden. De afgevoerde lucht krijgt hierdoor kans zijn warmte af te staan aan de koude aangevoerde lucht, wat scheelt in de stookkosten.