Aantal Bladeren:0 Auteur:Site Editor Publicatie tijd: 2024-08-23 Oorsprong:aangedreven
In veel industrieën, vooral HVAC, is het handhaven van een nauwkeurige temperatuurregeling cruciaal voor een soepele werking. Dit is waar warmtewisselaars in actie komen. Het zijn de onbezongen helden die het instellen van verschillende vloeistoffen op de gewenste temperatuurniveaus vergemakkelijken.
Warmtewisselaars brengen thermische energie over tussen verschillende vloeistoffen en zorgen ervoor dat ze tijdens het proces worden gescheiden. De scheiding is belangrijk zodat de vloeistoffen niet vermengd of vervuild raken. Dit helpt bij het behouden van hun kenmerken en eigenschappen.
Stel je een industriële operatie voor waarbij heet water een andere vloeistof moet verwarmen zonder elkaar te raken. De warmtewisselaar wordt gebruikt om op efficiënte wijze warmte van het warme water naar de andere vloeistof over te dragen.
In dit artikel gaan we dieper in op begrippen als: wat is een warmtewisselaar , de verschillende soorten warmtewisselaars, welk type warmtewisselaars geschikt zijn voor HVAC-systemen en hoe je de juiste kiest.
Een warmtewisselaar is een mechanisch onderdeel dat wordt gebruikt om warmte van een vloeistof (vloeistof, gas of damp) over te dragen naar een andere vloeistof zonder direct contact met elkaar. De belangrijkste functie is het verhogen of verlagen van de temperatuur van vloeistoffen.
De basisstructuur van een warmtewisselaar bestaat uit twee kanalen, gescheiden door een barrière (die een massieve wand, buis of plaat kan zijn). Terwijl de hete vloeistof door een kanaal wordt geleid, verandert de temperatuur van de koelere vloeistof, waardoor de gewenste temperatuur wordt bereikt. Dit is zeer essentieel bij warmtepompen met meerdere zones , waarbij verschillende delen van een gebouw verschillende temperatuurniveaus vereisen.
Hoewel er verschillende soorten warmtewisselaars zijn, vervullen ze dezelfde functie. Ze hebben echter unieke kenmerken, voordelen en toepassingen. Laten we ze hieronder bekijken:
De platen- en buizenwarmtewisselaar is het meest voorkomende type warmtewisselaar vanwege zijn veelzijdigheid in vele industrieën. Het bestaat uit een reeks buizen die in een cilindrische schaal zijn geplaatst. Eén van de vloeistoffen wordt in de buizen overgebracht, terwijl de andere vloeistof in de schaal stroomt. Deze warmtewisselaar wordt het meest gebruikt in HVAC-systemen, olie-, gas-, energiecentrales, voedingsmiddelen- en drankenindustrie en de chemische industrie.
Sommige shell-and-tube-warmtewisselaars zijn gemaakt met zeer efficiënte lamellenbuizen en het warmte-uitwisselingsoppervlak is 3,7 keer groter dan bij een normale buis. De compacte spiraalstructuur van de spiraal zorgt ervoor dat het koudemiddel nauwkeurig warmte kan uitwisselen en dat het waterdebiet uniform is. Dit type warmtewisselaar staat bekend om zijn hoge warmte-uitwisselingsefficiëntie, draagbaarheid, weerstand tegen verstopping, sterk antivriesvermogen en geschiktheid voor de meeste afzonderlijke warmte-eenheden.
Er zijn 2 belangrijke shell-and-tube-warmtewisselaars:
• Warmtewisselaar met enkele buis: Bestaat uit een enkele buis die in de schaal loopt. Eén vloeistof wordt door de buis overgebracht, de andere vloeistof wordt overgebracht in het vrije deel van de schaal.
• Warmtewisselaar met dubbele buizen: Bestaat uit twee buizen die door de behuizing lopen. De ene buis vervoert een bepaalde vloeistof, terwijl de andere een andere vloeistof vervoert.
Bij dit type warmtewisselaar wordt vloeistof in een reeks buizen geleid en gas of lucht rond de buizen gepompt om de vloeistof af te koelen. Soms zijn warmtewisselaars met lamellenbuizen ingesloten in kanaalwerk. Andere keren zijn ze volledig blootgesteld en stroomt er lucht overheen.
De efficiëntie van deze warmtewisselaar komt van de toegevoegde vinnen (verlengd oppervlak) die in de gas- of luchtstroom uitsteken, waardoor meer warmte-uitwisseling mogelijk is.
Warmtewisselaars met lamellenbuizen worden normaal gesproken gebruikt voor warmteterugwinning in toepassingen waarbij hete gassen worden afgevoerd. De warmte in het gas wordt omgezet in een vloeistof, en vervolgens wordt de verwarmde vloeistof gebruikt bij activiteiten waarbij vaak meer energie nodig is om op te warmen. Enkele veel voorkomende toepassingen zijn HVAC-systemen, radiatoren en de lucht- en ruimtevaartindustrie.
Deze warmtewisselaar wordt ook wel een 'buis-in-buis' warmtewisselaar genoemd. Het bestaat uit twee pijpen: een grotere pijp en een kleinere, waarbij de ene in de andere is ingebouwd. Terwijl het ene fluïdum door de grotere pijp wordt overgebracht, wordt het andere fluïdum in de kleinere pijp vervoerd.
Het heeft een compact ontwerp, waardoor het ideaal is voor toepassingen met beperkte installatieruimte. De twee vloeistoffen worden in elkaar gestoken, waardoor het gemakkelijk schoon te maken en te onderhouden is.
Warmtewisselaars met dubbele pijp worden zeer gewaardeerd vanwege hun vermogen om vloeistoffen met hoge druk en temperatuur te verwerken. Daarom worden ze vaak gebruikt in toepassingen waar extreme omstandigheden vereist zijn, zoals chemische verwerkingsfabrieken, laboratoriumapparatuur en kleinschalige industriële activiteiten.
Bij deze warmtewisselaar worden vloeistoffen door een reeks platen geleid die naast elkaar zijn samengeperst. Het bestaat uit meerdere dunne platen met afwisselende kanalen die een grote ruimte bieden voor warmte-uitwisseling. De gegolfde patronen verbeteren de warmteoverdracht tussen de vloeistoffen aan beide zijden van de platen.
Bij SPRSUN is onze platenwarmtewisselaar gemaakt van 316 roestvrijstalen platen met een ultralaag koolstofgehalte, die vacuümgelast zijn. Water en koelmiddel stromen in de dunne platen, met voldoende contact en een hoge warmte-uitwisselingsefficiëntie.
Dit type warmtewisselaar wordt zeer gewaardeerd vanwege zijn compacte structuur, kleine koelwatervolume, hoge warmte-uitwisselingsefficiëntie en sterke corrosieweerstand, waardoor het ideaal is voor units die een hoger verwarmings- en koelvermogen vereisen, zoals HVAC-systemen, koeling, chemische verwerking, voedsel en drank en energiecentrales.
De condensor is een apparaat voor warmtewisseling dat heet gas of damp opneemt en afkoelt totdat het condensatiepunt bereikt. Het maakt gebruik van het tweefasige warmteoverdrachtsmechanisme, waarbij één vloeistof tijdens het overdrachtsproces een verandering ondergaat. Dit resulteert in het veranderen van het gas of de damp in vloeistof.
Bij SPRSUN bestaat de warmte-uitwisseling van onze condensor uit een watertank en een koperen buis. De koperen buis is spiraalvormig gewikkeld. De batterijen zijn vervangen door 316L roestvrijstalen batterijen, die een hoge warmte-uitwisseling hebben en moeilijk te schalen of te corroderen zijn.
Dit type warmtewisselaar is efficiënt in het verwijderen van latente warmte, vooral in koel- en airconditioningsystemen, energiecentrales voor het condenseren van stoom uit turbines, destillatie- en raffinageverwerking en chemische verwerking.
Deze warmtewisselaars zijn het tegenovergestelde van condensors. Ze veranderen vloeistoffen van vloeistof naar gas/damp. Het punt waarop de vloeistof in gas verandert, wordt verdamping genoemd. Het biedt efficiënte warmteabsorptie, cruciaal voor koelprocessen en het hanteren van verschillende vloeistoffen en temperatuurbereiken.
Verdampers en ketels worden gebruikt in koelsystemen voor koeling, HVAC-systemen voor airconditioning, destillatie- en raffinageverwerking en chemische processen voor het concentreren van oplossingen.
Dit type warmtewisselaar gebruikt de omringende lucht om de overgedragen vloeistoffen af te koelen en te condenseren. De vloeistoffen worden opgeslagen in warmtegeleidende lamellenbuizen en er worden elektrische koelventilatoren gebruikt om voldoende lucht af te geven.
Luchtgekoelde warmtewisselaars worden vaak gebruikt in toepassingen waarbij de toegang tot koud water beperkt is. Ook worden ze gebruikt als de uitblaastemperatuur minimaal 20⁰C hoger is dan de omgevingstemperatuur. Ze worden vaak aangetroffen in chemische fabrieken en raffinaderijen, petrochemische fabrieken, aardgasverwerkingsfabrieken, compressorstations en kerncentrales.
Een ventilatorgekoelde warmtewisselaar is vergelijkbaar met een luchtgekoelde warmtewisselaar. Maar het is afhankelijk van geforceerde lucht in plaats van natuurlijke convectie. Kortom, het gebruikt ventilatoren om lucht te verplaatsen bij het koelen van vloeistoffen. Er is geen water nodig, waardoor het geschikt is voor droge omgevingen en kan worden gebruikt in besloten ruimtes waar natuurlijke convectie onvoldoende is.
Met ventilatoren gekoelde warmtewisselaars zijn efficiënt in het koelen, zelfs in omgevingen met hoge temperaturen, en kunnen worden gebruikt in toepassingen zoals autoradiatoren, HVAC-systemen voor koeling en koeling van industriële machines.
Een adiabatische wielwarmtewisselaar maakt gebruik van een roterend wiel, meestal gemaakt van warmte-absorberend materiaal, om warmte over te dragen tussen twee vloeistoffen. Het wiel wisselt tussen de warme en koude luchtvloeistoffen, waarbij de warmte van de ene wordt geabsorbeerd en aan de andere wordt afgegeven.
Deze warmtewisselaar heeft een compact ontwerp met een groot oppervlak en kan grote luchtvolumes aan. Het heeft een hoge efficiëntie bij het terugwinnen van warmte en wordt gebruikt voor toepassingen zoals HVAC-systemen, industriële ventilatie, chemische en petrochemische verwerking, aardolieraffinaderijen, voedselverwerking en pasteurisatie, energieopwekking, cryogene techniek en ruimtevaart.
Voor soorten verwarmingssystemen die warmteoverdracht naar stroperige of kleverige materialen vereisen, is de geschraapte oppervlaktewarmtewisselaar de beste optie. Het is speciaal ontworpen om kleverige materialen te verwijderen met behulp van roterende messen, wat een uniforme warmteoverdracht door het hele verwarmingssysteem garandeert.
De bladen draaien de vloeistoffen in dezelfde richting rond de wisselaar, aangezien ze via de ene kant binnenkomen en via de andere kant naar buiten gaan. De kleverige materialen worden aan de onderkant in een cilinder geduwd. Dit zorgt voor kwaliteit en uniformiteit in het industriële proces.
Veel voorkomende toepassingen van warmtewisselaars met geschraapt oppervlak zijn voedsel-, farmaceutische, kristalliserende en faseveranderende producten (zoals suikerconcentraten) en producten die kleverig zijn (zoals tandpasta).
Watergekoelde warmtewisselaars verwijderen ongewenste warmte uit een proces door deze naar water te verplaatsen, waardoor deze op omgevingstemperatuur blijft. In tegenstelling tot de luchtgekoelde warmtewisselaar biedt dit type warmtewisselaar verschillende niveaus van koeling. Het is niet beperkt tot de omgevingstemperatuur van de omgeving.
Watergekoelde warmtewisselaars zijn zeer betrouwbaar in het overbrengen en verwijderen van ongewenste warmte. Daarom worden ze vaak gebruikt bij veel industriële activiteiten, zoals stoomcondensatie, maritieme toepassingen voor motorkoeling, energiecentrales voor het koelen van turbine-uitlaatgassen en olie en gas.
Dit type warmtewisselaar heeft een vergelijkbare structuur als de platenwarmtewisselaar. De gegolfde metalen platen worden echter aan elkaar gesoldeerd en volledig afgedicht met behulp van een proces dat fusion bonding wordt genoemd. De platen vormen afwisselende kanalen voor vloeistoffen, wat de efficiëntie van de warmteoverdracht helpt vergroten.
Gesoldeerde platenwarmtewisselaars zijn compact en lichtgewicht ontworpen, waardoor ze 90% kleiner zijn dan andere platenwarmtewisselaars. Ze zijn dus een geweldige optie voor kleine ruimtes met hoge drukken en temperaturen. Deze warmtewisselaars worden grotendeels gebruikt in koel- en HVAC-systemen, hernieuwbare energiesystemen zoals thermische en geothermische zonne-energie en ketelscheidingsplaten.
Deze wordt ook wel Dimple Plate Heat Exchanger genoemd en is ontworpen met twee dunne metalen platen die op intervallen aan elkaar zijn gelast, waardoor kussenachtige structuren ontstaan. De ruimte tussen de platen maakt een naadloze vloeistofstroom mogelijk, waardoor een groot oppervlak voor warmteoverdracht ontstaat.
Omdat de metalen platen stevig zijn gelast, wordt het risico op vloeistoflekken geëlimineerd, waardoor het een kosteneffectieve optie is voor verschillende industrieën, zoals de voedingsmiddelen- en drankenindustrie, chemische verwerking en systemen voor hernieuwbare energie.
Deze wisselaar dient als systeem voor het terugwinnen van restwarmte, waarbij warmte-energie uit uitlaatgassen (diesel-, waterstof-, gas- of biogasmotor) wordt geabsorbeerd en naar een watercircuit wordt overgebracht. De teruggewonnen warmte kan worden gebruikt voor het voorverwarmen van verbrandingslucht, het opwekken van stoom of andere verwarmingstoepassingen.
Uitlaatgaswarmtewisselaars worden vaak gebruikt in bakkerijen, industriële ovens, hardingsfabrieken en verwerkingsfabrieken. Dit soort warmtewisselaars helpen het brandstofverbruik te verlagen en kunnen eenvoudig met minimale aanpassingen in bestaande systemen worden geïntegreerd. Ze worden ook gebruikt in gevaarlijke toepassingen om de uitlaatgastemperatuur die vrijkomt in het milieu te verlagen.
Deze warmtewisselaar maakt gebruik van een roterende matrix om de stroom warme en koude vloeistoffen met regelmatige tussenpozen door één buis af te wisselen. Het slaat de warmte van de hete vloeistof op in een thermische tank voordat deze wordt doorgegeven aan de koude vloeistof.
Regeneratieve warmtewisselaars zijn het meest geschikt voor gas-naar-gas-warmte-uitwisseling waarbij de vloeistoffen niet volledig gescheiden hoeven te worden. Ze worden vaak aangetroffen bij werkzaamheden waarbij de efficiëntie van hogedrukketels en industriële ovens moet worden verhoogd, evenals bij chemische toepassingen.
Bij dit type warmtewisselaar stromen twee vloeistoffen loodrecht op elkaar. De ene vloeistof wordt door buizen of platen overgebracht, terwijl de andere er overheen wordt overgebracht, waardoor een efficiënte warmteoverdracht tussen beide vloeistoffen mogelijk is.
Kruisstroomwarmtewisselaars worden in de volksmond gebruikt in autoradiatoren, industriële koelprocessen en airconditioning- en koelsystemen.
Bij dit type warmtewisselaar komen beide vloeistoffen aan hetzelfde uiteinde de warmtewisselaar binnen en bewegen ze in dezelfde richting. De overdracht van warmte vindt plaats wanneer de vloeistoffen parallel aan elkaar bewegen. Het is geschikt voor toepassingen met gematigde warmteoverdrachtsvereisten, zoals HVAC-systemen, eenvoudige industriële processen en kleinschalige verwarmings- en koelsystemen.
Bij dit type warmtewisselaar komen de vloeistoffen de warmtewisselaar binnen vanaf tegenovergestelde uiteinden en stromen ze in tegengestelde richtingen. De tegenstroomwarmtewisselaar is ontworpen om een maximale temperatuurgradiënt tussen de vloeistoffen mogelijk te maken, waardoor de efficiëntie van de warmteoverdracht wordt verbeterd.
Het gebruik ervan is te vinden in energiecentrales voor stoomopwekking, koelsystemen voor efficiënte koeling en chemische verwerking voor verwarming en koeling.
De verschillende soorten warmtewisselaars die hierboven zijn uitgelegd, vervullen dezelfde functie en kunnen soms verwarrend zijn om onderscheid te maken. Maar een manier om ze te onderscheiden is door hun stroomindeling te identificeren. Er zijn 3 hoofdstroomregelingen, namelijk:
• Parallelle stroomopstelling : De warme en koude vloeistoffen worden in een parallelle stroom in de wisselaar gegoten en komen er samen op dezelfde manier uit. De parallelle stroomopstelling wordt vooral gezien bij pijpenbundelwarmtewisselaars en dubbelpijpswarmtewisselaars.
• Tegenstroomopstelling : De warme en koude vloeistoffen worden aan tegenoverliggende uiteinden in de wisselaar gegoten, bewegen zich in tegenoverliggende uiteinden en verlaten de wisselaar aan tegenoverliggende uiteinden. Deze stroomopstelling is gebruikelijk in pijpenbundelwarmtewisselaars, hoogefficiënte platenwarmtewisselaars en dubbelpijpswarmtewisselaars.
• Cross Flow-opstelling : De warme en koude vloeistoffen stromen loodrecht op elkaar. Terwijl de ene vloeistof in de buizen of platen wordt overgebracht, stroomt de andere vloeistof door de buizen of platen. Deze stroomopstelling is populair in luchtgekoelde warmtewisselaars en condensors.
Van de verschillende hierboven besproken warmtepompwisselaars zijn er 3 specifieke die het meest geschikt zijn voor HVAC-systemen.
• Shell and Tube-warmtewisselaar : kan een breed scala aan activiteiten aan, van kleine woongebouwen tot grote industriële toepassingen. De structuur van de shell-and-tube-warmtewisselaars en het grote oppervlak voor warmteoverdracht zorgen voor betrouwbaarheid en optimale prestaties gedurende een lange tijd.
• Platenwarmtewisselaar : Deze warmtepompwarmtewisselaar wordt enorm gewaardeerd dankzij het compacte ontwerp en het vermogen om wisselende temperaturen aan te kunnen. De platenwarmtewisselaar is ideaal voor HVAC-toepassingen waarbij de ruimte beperkt is en een hoog rendement vereist is.
• Warmtewisselaar met ribbenbuis : deze warmtewisselaar vergroot het warmteoverdrachtsoppervlak via de vinnen, waardoor deze uitstekend geschikt is voor warmteoverdracht van lucht naar vloeistof. Lamellenbuiswarmtewisselaars worden normaal gesproken gebruikt in warmtepompsystemen zoals de warmtepomp R290 om de warmte-uitwisseling tussen lucht en water te verbeteren.
Dit zijn de factoren waarmee u rekening moet houden bij het kiezen van de juiste warmtewisselaar voor HVAC-systemen:
• Vloeistoftype, stroom en eigenschappen : het specifieke type vloeistof (vloeistof, lucht of gas) en de vloeistofstroom (hoge druk of lage druk) moeten van invloed zijn op de warmtewisselaar die u kiest. U moet ook een warmtewisselaar selecteren die bestand is tegen de vloeistofeigenschappen, zoals de temperatuur, zuurgraad en alkaliteit van de vloeistoffen.
• Het gewenste thermische rendement : Er moet ook rekening worden gehouden met de hoeveelheid warmte die tussen vloeistoffen wordt overgedragen en de overeenkomstige temperatuurverandering aan het einde van het warmteoverdrachtsproces. Kies een warmtewisselaar die op efficiënte wijze de gewenste warmte-uitwisseling tussen beide vloeistoffen kan realiseren.
• Groottebeperking : het is van het grootste belang om de juiste maat warmtewisselaar te kiezen. Het is raadzaam om een warmtewisselaar te kiezen die iets meer ruimte heeft voor vloeistofexpansie en een soepele doorstroming, in plaats van een warmtewisselaar te kiezen die de vloeistofstroom strakker maakt.
• Kosten : Denk aan de totale kosten van de warmtewisselaar. Dit omvat niet alleen de initiële kosten, maar ook de installatie-, operationele en onderhoudskosten. Doorgaan met het kiezen van goedkopere warmtewisselaars vanwege budgetbeperkingen kan resulteren in een kortere levensduur en mogelijke schade aan andere componenten in uw HVAC-systeem.
• Ontwerpoptimalisatie : u kunt ook een warmtewisselaar van uw voorkeur selecteren op basis van uw aangepaste behoeften. Bespreek met uw leverancier voor een uniek ontworpen warmtepompwarmtewisselaar met constructiepatronen die passen bij uw toepassing. Cruciale elementen om te bespreken zijn de vloeistoftypes, de thermische efficiëntie, de afmetingen, de kosten, het onderhoud en de duurzaamheid.
Bron: SPRSUN Warmtepomp
Bij SPRSUN is het ons doel om u warmtepompen van hoge kwaliteit te bieden. Als toonaangevende professionele warmtepompfabrikant bieden wij de beste HVAC-systemen met behulp van de beste warmtewisselaars. In onze inverterverwarmings- en koelingswarmtepompsystemen gebruiken we platenwarmtewisselaars voor optimale prestaties. Voor warmtepompsystemen binnen 15 PK die specifiek zijn ontworpen voor warmwatertoepassingen, gebruiken we Shell and Tube-warmtewisselaars om efficiëntie en betrouwbaarheid te garanderen.
Wij bieden allround warmtepompdiensten aan. Voor vragen over andere warmtepompbehoeften kunt u hier contact met ons opnemen om met onze experts te bespreken.
