Warmtewisselaar berekenen

De formules achter een warmtewisselaarberekening

Wie zelf wil narekenen, heeft aan vier formules genoeg. Ze horen bij elkaar: het vermogen volgt uit debiet en temperatuurverschil, en dat vermogen bepaalt samen met het temperatuurverschil over de wisselaar hoeveel plaatoppervlak u nodig heeft. Hieronder staan ze in de volgorde waarin u ze in de praktijk gebruikt. Voor de leesbaarheid is water als medium aangehouden.

Capaciteit warmtewisselaar berekenen

De capaciteit van een warmtewisselaar is de warmtestroom die hij overdraagt, uitgedrukt in kW. De formule is Q = m × cp × ΔT: het massadebiet maal de soortelijke warmte maal het temperatuurverschil. Voor water kunt u met volumedebiet rekenen, wat sneller werkt:

Q (kW) = debiet (m³/h) × 1,163 × ΔT (K)

De factor 1,163 komt uit de soortelijke warmte van water (4,186 kJ/kg·K) maal de dichtheid (1.000 kg/m³), gedeeld door 3.600 seconden per uur. Werkt u met een glycolmengsel, dan liggen de soortelijke warmte en de dichtheid anders en verandert die factor; geef in dat geval het mengpercentage door, dan rekenen wij met de juiste waarden.

Vermogen warmtewisselaar berekenen

Het vermogen van een warmtewisselaar is dezelfde grootheid als de capaciteit, alleen benaderd vanuit uw installatie: hoeveel kW moet er weg of erbij? Kent u het vermogen al, dan draait u de formule om en rekent u terug naar het benodigde debiet of naar het temperatuurverschil.

Debiet (m³/h) = Q (kW) ÷ (1,163 × ΔT) en ΔT (K) = Q (kW) ÷ (1,163 × debiet)

Een voorbeeld. Voor 120 kW bij een verschil van 10 K heeft u 120 ÷ (1,163 × 10) ≈ 10,3 m³/h nodig. Dezelfde rekenwijze geldt als u het vermogen van een platenwisselaar berekent — het type wisselaar verandert de energiebalans niet, alleen het benodigde oppervlak.

Rendement warmtewisselaar berekenen

Het rendement van een warmtewisselaar, ook wel de effectiviteit, is de verhouding tussen de temperatuurverandering die u werkelijk haalt en de maximaal mogelijke verandering. Die maximale verandering is het verschil tussen de twee ingangstemperaturen.

ε = (T warm in − T warm uit) ÷ (T warm in − T koud in)

Een wisselaar die water van 80 °C naar 50 °C brengt terwijl de koude zijde met 20 °C binnenkomt, haalt (80 − 50) ÷ (80 − 20) = 0,50. Hoe dichter u bij 1 wilt komen, hoe meer plaatoppervlak dat kost — het rendement is dus vooral een ontwerpkeuze en geen eigenschap van het apparaat.

Oppervlakte warmtewisselaar berekenen

Het benodigde plaatoppervlak volgt uit het vermogen, de warmteoverdrachtscoëfficiënt en het gemiddelde temperatuurverschil over de wisselaar:

A (m²) = Q ÷ (U × ΔT log)

Hierin is A het oppervlak, U de warmteoverdrachtscoëfficiënt in kW/m²·K en ΔT log het logaritmisch gemiddelde temperatuurverschil (zie hieronder). De U-waarde is de lastige: die hangt af van het medium, de stroomsnelheid, de plaatgeometrie en de mate van vervuiling, en is niet uit een tabel te plukken. In de selectiesoftware zit die waarde per plaattype; dat is de reden dat de laatste stap van een warmteoverdrachtsberekening in de praktijk via de rekentool of via ons loopt.

Tegenstroom warmtewisselaar berekening

In een platenwisselaar lopen de twee media in tegenstroom: ze gaan elkaar tegemoet in plaats van met elkaar mee. Dat houdt het temperatuurverschil over de hele lengte ongeveer gelijk en levert een hoger gemiddeld verschil op dan meestroom, waardoor u met minder oppervlak toekomt. Het gemiddelde verschil rekent u zo uit:

ΔT log = (ΔT1 − ΔT2) ÷ ln(ΔT1 ÷ ΔT2)

ΔT1 en ΔT2 zijn de temperatuurverschillen aan beide uiteinden van de wisselaar. Bij tegenstroom is ΔT1 het verschil tussen de warme ingang en de koude uitgang, en ΔT2 het verschil tussen de koude ingang en de warme uitgang. Zijn beide verschillen even groot, dan is ΔT log gelijk aan dat verschil en hoeft u de logaritme niet te gebruiken.

Warmtewisselaar berekenen zonder Excel-bestand

Wie vaker rekent, pakt er gewoonlijk een spreadsheet bij. Dat is hier niet nodig: u hebt geen Excel-bestand nodig om een warmtewisselaar te berekenen, want de rekenhulp op deze pagina doet hetzelfde werk. U vult de temperaturen, het debiet en het gevraagde vermogen in en ziet direct het temperatuurverschil, het logaritmisch gemiddelde en het benodigde oppervlak.

Zoekt u een berekening van een warmtewisselaar in Excel, dan kunt u die stap dus overslaan en direct hier rekenen. De uitkomst geeft een goede eerste indicatie voor de maatvoering. Voor de definitieve selectie van een type kijken wij er graag met u naar, omdat de warmteoverdrachtscoëfficiënt per plaattype verschilt.

Platenwisselaar berekenen: waar het type het verschil maakt

De energiebalans hierboven geldt voor elke warmtewisselaar. Het verschil zit in de laatste stap: hoeveel platen heeft u nodig, en welke uitvoering. Een platenwarmtewisselaar berekenen betekent in de praktijk dat u het benodigde oppervlak vertaalt naar een aantal platen van een bepaald type — en dat u daarbij binnen de toegestane drukval blijft. Meer platen betekent meer oppervlak, maar ook een andere stroomsnelheid en dus een andere drukval.

Voor een demontabele uitvoering kunt u later platen bijplaatsen als de capaciteit tegenvalt; bij een gesoldeerde uitvoering ligt het aantal platen vast. Dat maakt de berekening vooraf bij een gesoldeerde wisselaar belangrijker.

Van berekening naar offerte

Heeft u de berekening rond, dan is de rest kort: geef het gevonden vermogen en de aansluitmaat door, dan sturen wij binnen één werkdag een offerte met het model en de beschikbaarheid erbij. Twijfelt u over de uitkomst of over de uitvoering, dan kijken onze specialisten mee — bel +31 (0)162 429 068 of vraag advies over warmtewisselaars aan.