Microchannel warmtewisselaars (kortweg MCHE) zijn een variatie op vin- en buiswarmtewisselaars. Ten minste één vloeistof, meestal koelmiddel of water, stroomt door buizen of gesloten kanalen, terwijl lucht in dwarsstroom door de verbonden vinnen stroomt. De hydraulische diameter van de kanalen is minder dan 1 mm.
De transport- en chemische verwerkende industrie gebruiken al tientallen jaren MCHE’s. Het streven naar verbeterde efficiëntie leidde tot het gebruik van MCHE’s in HVAC-systemen. Om gebruikt te worden in HVAC-systemen zijn er andere eisen aan de MCHE’s gesteld, welke recentelijk zijn verbeterd en ontwikkeld.
De fabrikanten hebben zich in eerste instantie gericht op aluminium materialen en soldeerconstructies. Het gebruik van één enkel materiaal zorgt ervoor dat er een consistente warmteoverdracht is. De hoge temperaturen die bij het soldeerproces worden gebruikt, zorgen voor een sterke metallurgische verbinding. Deze methoden verhogen de warmteoverdracht.
Andere wijzigingen in het ontwerp zijn om bijvoorbeeld condensatie- en corrosiebeperking en het verbeteren van de vloeistofstroming. De grootte en aantal van de headers en en de oriëntatie van de microkanalen kunnen variëren en zijn afhankelijk van waar de warmtewisselaar zich in het HVAC-systeem bevindt en zijn afhankelijk van de te gebruiken vloeistoffen. Sommige MCHE’s zijn specifiek ontworpen om de faseveranderingen (damp-vloeistof) in condensors en verdampers te kunnen verwerken.
Voordelen
De kleine hydraulische diameter van de kanalen leidt tot meerdere technische voordelen. Het belangrijkste voordeel bij het gebruik van MCHE’s in HVAC is de efficiëntie. Veel kleinere leidingen bieden meer oppervlakte voor contact tussen koelmiddel en wand, dan grotere leidingen in dezelfde ruimte. Een groter oppervlak verbetert de efficiëntie van de warmteoverdracht, waarbij sommige fabrikanten een verbetering van 20 tot 40% aangeven ten opzichte van de traditionele warmtewisselaars met vinnen en buizen.
Warmteoverdracht in warmtewisselaars vindt meestal plaats langs de wanden via geleiding, terwijl het ‘midden’ van de vloeistofstroom meer tijd nodig heeft om zijn warmte af te geven via convectie. Smallere ‘kanalen’ verminderen het volume van de vloeistof, dat er doorheen gaat. Bij de warmteoverdracht speelt convectie een mindere rol. Dus niet alleen is een groter percentage van het koelmiddel in contact met de wanden om warmte over te dragen, maar voor dezelfde mate van warmteoverdracht is minder koelmiddel nodig.
Fabrikanten schatten dat MCHE’s 30% minder koudemiddel nodig hebben. Omdat MCHE’s zoveel efficiënter zijn, kunnen ze kleiner zijn (tot 30%) en minder wegen (60% minder) dan vergelijkbare warmtewisselaars. Door hun grootte en efficiëntie kunnen kleinere ventilatoren worden gebruikt en is het totale energieverbruik van het systeem lager. Een bijkomend voordeel voor kleinere ventilatoren is minder geluid. MCHE’s bieden meer flexibiliteit in lay-out en ontwerp, zonder dat u zich zorgen hoeft te maken over geluidsklachten.
Zijn ze dan perfect? Nee!
Twee nadelen zijn het vermelden waard. Condensaat kan de efficiëntie verstoren door de luchtstroom door de vinnen te blokkeren. Een ander probleem is de verdeling van de koelmiddelstroom. Ontwerpkenmerken om deze problemen aan te pakken, zijn onder meer kanaaloriëntatie, vin ontwerp en -afstand, en schotten of gaten in headers om de stroom te regelen.
Met de efficiëntie voordelen zal het gebruik van MCHE’s in HVAC toenemen. De kosten van grondstoffen voor productie en de kosten van koelmiddelen, zullen lager zijn dan de traditionele wisselaars. Koper, dat wordt gebruikt in traditionele vin- en buiswarmtewisselaars, is duurder dan aluminium. Extra besparingen door verminderde koudemiddelophoping moedigt bedrijven aan om MCHE’s te verkiezen boven traditionele warmtewisselaars voor hun HVAC-behoeften.
In vergelijking met andere industrieën is de markt voor MCHE in de HVAC relatief nieuw. Fabrikanten hebben deze warmtewisselaars opnieuw ontworpen om de warmteoverdrachtseigenschappen te maximaliseren, de kosten voor het maken en gebruiken van de units te verlagen en de ruimte die nodig is voor HVAC-systemen te verkleinen.