Om het thermisch vermogen van een warmtewisselaar met een spiraalvormige leiding te berekenen, heb je een aantal gegevens nodig, waaronder de geometrie van de leiding en de thermische eigenschappen van de vloeistoffen. De basisformule voor warmteoverdracht is als volgt:

Q = U · A · ΔT

Waarbij:

• Q = Thermisch vermogen in kilowatt (kW)
• U = Warmteoverdrachtscoëfficiënt (W/m²·K)
• A = Warmtewisselend oppervlak (m²)
• ΔT = Gemiddeld temperatuurverschil (K)

Stap 1: Warmtewisselend oppervlak (A) bepalen

Het oppervlak van de spiraalvormige leiding wordt berekend met de formule:

A = π · D · L

Waarbij:

• D = Buitendiameter van de leiding (m)
• L = Totale lengte van de spiraal (m)

Stap 2: Warmteoverdrachtscoëfficiënt (U)

Deze hangt af van de eigenschappen van de vloeistoffen, zoals viscositeit, dichtheid, soortelijke warmte en thermische geleidbaarheid, en van de stroming (laminair of turbulent). Meer gedetailleerde informatie over de vloeistoffen en stroomsnelheden is nodig om dit te bepalen. Voor water ligt dit getal ergens tussen de 500 tot 10.000 W/(m²K) .

Stap 3: Gemiddeld temperatuurverschil (ΔT)

Dit is het verschil tussen de temperaturen van de twee vloeistoffen. Als de temperaturen variëren, kan het logaritmisch gemiddelde temperatuurverschil worden gebruikt:

ΔT_lm = [(T₁ – T₂) – (T₃ – T₄)] / ln[(T₁ – T₂) / (T₃ – T₄)]

Waarbij:

• T₁ en T₂ = Inlaat- en uitlaattemperatuur van het ene medium
• T₃ en T₄ = Inlaat- en uitlaattemperatuur van het andere medium

Benodigde gegevens

• Buitendiameter van de leiding (D)
• Totale lengte van de spiraal (L)
• Warmteoverdrachtscoëfficiënt (U)
• Gemiddeld temperatuurverschil (ΔT)

Voorbeeldberekening Warmtewisselaar voor Warmtepomp

In dit voorbeeld berekenen we het thermisch vermogen van een warmtewisselaar in een warmtepomp installatie. We gebruiken de volgende gegevens:

• Warmteoverdrachtscoëfficiënt (U) = 1500 W/m²·K (voor water)
• Buitendiameter van de leiding (D) = 28 mm = 0,028 m
• Totale lengte van de leiding (L) = 20 m
• Temperatuurverschil (ΔT) = 5 K

Stap 1: Bereken het warmtewisselend oppervlak (A)

Het oppervlak van de spiraalvormige leiding wordt berekend met de formule:

A = π · D · L

Invullen van de waarden:

A = π · 0,028 m · 20 m = 1,759 m²

Stap 2: Bereken het thermisch vermogen (Q)

Gebruik de formule voor warmteoverdracht:

Q = U · A · ΔT

Invullen van de waarden:

Q = 1500 W/m²·K · 1,759 m² · 5 K

Uitkomst:

Q = 13.192,5 W ≈ 13,2 kW

Conclusie

Het thermisch vermogen van deze warmtewisselaar is 13,2 kW. Dit geeft aan hoeveel warmte er per seconde kan worden uitgewisseld tussen de vloeistoffen bij het gegeven temperatuurverschil van 5 K.

Bovenstaande berekeningen zijn indicatief en bij benadering door het gebruik van bovenstaande aannames. Hier kunnen geen rechten aan ontleend worden.