warmtewisselaar

Een warmtewisselaar is een apparaat dat warmte van het ene medium overbrengt naar het andere. Doel van een warmtewisselaar kan zijn het benutten van energie die anders verloren gaat (warmteterugwinning, bijvoorbeeld de energie van warme afvoerlucht gebruiken) of het benutten van energie die op een vroeger tijdstip is opgeslagen (bijvoorbeeld bij warmte-koude-opslag), waardoor een energiezuinig systeem ontstaat.
 
Het medium in een warmtewisselaar is een gas (bijvoorbeeld lucht of stoom) of een vloeistof (bijvoorbeeld water). Zo zijn warmtewisselaars mogelijk tussen lucht-lucht, lucht-water en water-water. "Een ideale warmtewisselaar koelt het eerste medium af tot de temperatuur waarmee de tweede begon en omgekeerd." 
De hoeveelheid verse, door de warmtewisselaar verwarmde lucht wordt uiteraard gevarieerd op basis van de temperatuur, maar ook bijvoorbeeld op basis van de hoeveelheid CO2.

Als we de warmteafdracht tussen bijvoorbeeld warm en koud water in twee aparte buizen beschouwen (afbeelding rechts en geheel onderaan) dan kan de richting van de koude stroom dezelfde zijn als die van de warme stroom (meestroomprincipe), maar ook tegengesteld daaraan (het tegenstroomprincipe; een ander voorbeeld van het tegenstroomprincipe is de kruisstroomwisselaar). 
Het twin-coil systeem is warmteterugwinning die bestaat uit twee warmtewisselaars die elk in een luchtstroom worden geplaatst, waarbij de wisselaars gekoppeld worden door een vloeistof (water en glycol). "De warme luchtstroom warmt het circuit op en de warmte wordt weer afgegeven aan de koude luchtstroom. Het voordeel van dit systeem is de flexibiliteit, de twee luchtstromen hoeven niet bij elkaar in de buurt te zitten. Daarnaast is er geen doorslag van uitgaande lucht naar ingaande lucht." Nadeel van twin-coil is het iets lagere rendement.

Het tegenstroomprincipe (TSA, TegenStroomApparaat) heeft het meeste rendement, omdat het temperatuurverschil tussen warme en koude stroom ongeveer gelijk blijft over de gehele afstand waarover in de warmtewisselaar warmteoverdracht plaatsvindt:

warmtewisselaar bij bijvoorbeeld warmte-koude-opslag (geocomfort):

meestroomprincipe: het temperatuursverschil tussen de hete en de koude stroom neemt af, gezien vanaf het begin van de warmteoverdacht tot het einde daarvan:

tegenstroomprincipe: het temperatuursverschil tussen de hete en de koude stroom blijft bij tegenstroom ongeveer gelijk, wat een beter rendement geeft (er kan "per afstand" meer warmte worden overgedragen):

Er is ook een manier om gebruik te maken van de warmte die bij condensatie ontstaat: de Recair Enthalpy RS-250 of RS-300. 
 
Een klein aantal van de vele toepassingen van de warmtewisselaar:
- bij een hoogrendement cv-ketel zorgt de tapwater-warmtewisselaar ervoor dat het koude tapwater opgewarmd wordt door de warme afvoergassen van de ketel (de rookgassen koelen af en de warmte die ontstaat door condensatie wordt benut)
- in een ventilatiesysteem met balansventilatie wordt in de winter de koude verse buitenlucht verwarmd door deze langs de buis te leiden van de afgevoerde warme lucht uit de woning
- bij warmte-koude-opslag zorgt de warmtewisselaar voor warmteoverdracht tussen de koude en warme "buizen" (afbeelding rechtsboven)
- een warmtewisselaar kan in de zomer ook 's nachts verkoeling brengen door de warme lucht te vervangen door de koudere buitenlucht (nachtventilatie, night purge)
- in bijvoorbeeld de tuinbouw worden warmtewisselaars gebruikt om in hete zomers koelere lucht in de kas te brengen door gebruik te maken van koud grondwater (bv. met de dunnedraad warmtewisselaar van Fiwihex/HSH); hier betreft het lucht-water-warmteoverdracht
- een douche-warmtewisselaar verwarmt het koude douchewater vóór m.b.v. het afgevoerde warme douchewater; het gaat hier om water-water-warmteoverdracht.

voorbeeld van een warmtewisselaar (kruisstroomwisselaar) waarbij verse buitenlucht voorverwarmd wordt door de warmte van de vervuilde binnenlucht; klik voor groter (airflow):

vorstbeveiliging (het gele plusje) bij een warmtewisselaar van lossnay (alklima):

de interessante warmtewisselaar in een hr-ketel van intergas:

een duidelijke afbeelding van een buisvormige warmtewisselaar; klik voor groter (oorspronkelijke afb. fouad a saad, met dank aan vak-expert):

een warmtewisselaar met leidingen in driehoekvorm, "triangular ducts" (recair):

Documentatie

- overzicht warmtewisselaars (van ECN)

- warmtewisselaars (van Interko)

- aardwarmtewisselaar ComfoFond-L (van Zehnder)

- Recair RS-160

- Berekenen efficiency Recair Sensitive

- Recair Enthalpy RS-250 of RS-400

Met dank aan Geocomfort (koeling en verwarming uit de bodem), Koenb (Wikipedia), Fiwihex (o.m. zeer lage temperatuurverwarming en -koeling), Intergas Netbeheer, ECN Energiecentrum Nederland, Interko, Recair en Zehnder.
 
Zie ook warmteterugwinning.
Verg. warmtepomp.

Eng. heat exchanger