Wat is convectiekoeling?
Convectiekoeling is elke warmteoverdracht die optreedt door een vloeistofbeweging. Zowel vloeistoffen als gassen kunnen convectiekoeling vertonen en het effect kan natuurlijk of geforceerd zijn. Natuurlijke koeling vindt plaats door warmteoverdracht als gevolg van veranderingen in de dichtheid van de vloeistof, zoals opstijgende hete lucht en zinkende koelere lucht. Geforceerde convectie treedt op wanneer een externe kracht wordt toegevoegd om de vloeistof te verplaatsen, zoals een ventilator die lucht beweegt of een lepel die een vloeistof roert.
Warmteoverdracht vindt hoofdzakelijk plaats via geleiding en convectie. Geleiding is een warmteoverdracht door elk materiaal, zonder beweging van het materiaal. Een voorbeeld van geleiding is een metalen pan verwarmd door een vlam op een gasfornuis. De gasvlam verwarmt de onderkant van de pan en geleiding zal de warmte overbrengen naar de rest van de pan. Wanneer de warmte wordt uitgeschakeld, zal convectie de pan afkoelen terwijl warmte wordt overgedragen en naar boven stijgt naar de lucht rondom de pan.
Natuurlijke convectiekoeling vindt plaats in de atmosfeer en oceanen van de aarde. Lucht wordt verwarmd door de opwarming van het land en stijgt op. Terwijl lucht stijgt, koelt het af en keert terug naar het oppervlak, waardoor een wereldwijde luchtcirculatie en weerpatronen ontstaan. Zeestromingen voeren warm water naar koelere oceanen en koeler water zinkt en beweegt naar de warmere gebieden. Zonlicht voegt energie toe door de lucht of het water te verwarmen, en rotatie van de aarde geeft wat energie, maar de beweging wordt eerder als natuurlijk dan als gedwongen beschouwd.
Convectiekoeling vindt ook in de aarde plaats. De gesmolten kern, verwarmd door verval van radioactieve elementen, stijgt naar de buitenste korst van onze planeet. Convectie koelt het gesmolten kernmateriaal en het beweegt langzaam terug naar het midden. Deze beweging zorgt ervoor dat onze continenten langzaam bovenop de gesmolten kern bewegen, een fenomeen dat tektonische plaatbeweging wordt genoemd.
Geforceerde koeling komt veel voor in huizen en bedrijven. Airconditioning- en verwarmingssystemen maakten gebruik van geforceerde luchtconvectie om warmte in of uit een gebouw te verplaatsen. Ventilatoren in elektronische apparatuur maakten gebruik van geforceerde convectiekoeling om lucht over elektronische componenten te verplaatsen. Koelsystemen gebruiken ventilatoren om warmte van de condensorspiralen te verwijderen, maar ook om de compressor te koelen en lucht in het gekoelde compartiment te verplaatsen.
Koelventilatoren vertonen al eeuwen convectie-effecten. Met de uitvinding van elektriciteit kunnen elektrische motoren worden gebruikt om tafel- en plafondventilatoren aan te drijven. Geavanceerde plafondventilatoren met thermostaten om hun functies automatisch te regelen, zijn sinds het einde van de 20e eeuw beschikbaar. Allen vertrouwen op hetzelfde principe van koeling van het menselijk lichaam door lucht over de huid te bewegen.
Convectie kan worden gecombineerd met verdamping om de koelprestaties te verbeteren. Verdampingskoelsystemen, die geforceerde lucht gebruiken die door een nat verdampingskussen wordt geleid om binnenruimtes te koelen, zijn populair in gebieden met een zeer lage luchtvochtigheid. Deze systemen koelen de binnenruimte door warmte uit de binnenkomende lucht te verwijderen door verdamping. De resulterende luchtstroom is koeler, maar bevat meer vocht. Verdampingssystemen werken niet goed in gebieden met een hogere relatieve luchtvochtigheid, omdat er geen koeling optreedt en het interieur behoorlijk vochtig kan worden.