Ankastre fırınlarda havalandırma parametrelerinin fırın ısıl performansına etkisinin incelenmesi
Investigation of ventilation parametres on thermal performance on build-in domestic ovens
Yazar: EMRE PEHLİVAN
Danışman: DOÇ. DR. LÜTFULLAH KUDDUSİ
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Isı-Akışkan Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2010
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Enerji kullanımı = Energy usage ; Enerji tüketimi = Energy consumption ; Enerji verimliliği = Energy efficiency ; Isı performansı = Heat performance ; Isı yönetmeliği = Heat regulation

Özet:
Ankastre fırınlar, tüketicilerin mutfak estetiğindeki eğilimleri nedeniyle, evsel elektrikli fırın pazarı içerisinde gün geçtikçe daha geniş oranda pay sahibi olmaktadır. Ankastre fırınlar, geleneksel serbest yerleşimli ocaklı fırınlardan farklı bir fırın havalandırma yapısına sahiptir. Başlıca kullanım sebebi komponent soğutulması olan bu havalandırma sistemi, fırın bacası ile de ilişki içerisindedir. Havalandırma sistemi ve baca arasındaki ilişki, bacadan atılan fırın içi hava miktarını ve özelliklerini etkilemekte, bu sebeple de fırının enerji tüketimi ve pişirme performansı üzerinde de etki sahibi olmaktadır. Diğer yandan, ankastre fırınlarda, ürünün mobilya içerisine yerleştirilmesi sebebiyle, pano bölgesi, fırın şasisi, cam ve duvar sıcaklıkları serbest yerleşimli fırınlara nazaran önemli ölçüde yükselmektedir. Bu nedenle, havalandırma sisteminin, standart sıcaklık emniyeti değerlerinin içerisinde kalması gereken fırın bölmelerinin ısınma karakterinde de etkisi vardır. Teze konu olan çalışmada, bu havalandırma yapısında belirlenen bazı baskın parametrelerin fırın genel enerji performansına ve ısınma karakterine etkisi araştırılmıştır.Çalışmada ilk olarak literatür araştırması yapılarak, fırınların ısıl performansını etlkileyen tüm parametreler ortaya konmuştur. Deneysel çalışmalara ağırlık verilen bu incelemelerde, izlenen deneysel metodoloji yanında fırınların ısıl performans kriterlerinin sınıflandırılması üzerinde de durulmuştur. Literatürde evsel fırınların ısıl performansı irdelenirken, etkili bulunan parametrelerin farklı çalışma koşulları ve süreleri için ayrı ayrı incelenmekte olduğu ve bu etkilerin derecelendirilerek sunulduğu görülmüştür. Tez çalışmasının sonuçlarının değerlendirilmesinde oluşturulan şablon, söz konusu literatür araştırmalarında yer alan sınıflandırma kıstasları geliştirilerek oluşturulmuştur. Ayrıca literatür incelenirken, söz konusu çalışmaların asıl amacı ile doğrudan ilişkili olmayan fakat tez çalışmasını doğrudan ilgilendiren birçok bulgu değerlendirilmiştir.Tezin gövdesini oluşturan incelemeler iki başlık altında toplanmıştır. Birinci başlık, 9630 PMI ve 24300 OIM ürün kodlu fırınlar üzerinde değişikliğe gidilmeden yapılan yapılan ısıl performans karşılaştırmalarından oluşmaktadır. Bu karşılaştırmaların yapılmasındaki asıl amaç fırının ısıl performansını etkileyen belirli parametrelerin (ısıl atalet, ısıl direnç, infiltrasyon) diğer etkenlerden olabildiğince ayrıştırılarak etkilerinin ortaya konabilmesidir. Bu incelemelerden elde edilen değerlendrimeler, herhangi iki fırın arasında ortaya çıkan enerji tüketim karakteri farkının hangi açıdan sağlandığının ortaya çıkarılması hususunda ileride yapılacak çalışmalarda yol gösterici olacaktır. İkinci başlıkta, mekanik aksamlı 9630 PMI ürün kodlu fırının havalandırma parametrelerinde yapılan değişikliklerin fırın enerji performansında ve ısınma durumunda yol açtığı etkilere odaklanılmıştır. Yapılan değişiklikler kodlanarak bir deneysel tasarım metodolojisi kullanılmış ve çıkarılan sonuçlar farklı açılardan yorumlanmıştır.Tezin ana kısmını oluşturan deneysel süreç planlanırken tamamı ile standart mevzuat kullanılmıştır. Tez kapsamında nihai enerji tüketimi veya pişirme süresinin yanında, fırın termostatik çalışmasını ve ısıl yükün ısınma hızını da göz önüne alan incelemeler büyük bir ağırlığa ve öneme sahiptir. Bu incelemelerin nihai sonuç deklarasyonu odaklı çalışmalardan farkı sadece verilerin değerlendirilmesi aşamasında olmaktadır. Deneysel süreçlerin uygulanmasında her zaman var olan veya zamanında geçerli olan standart prosedüre uyulmuştur. Avrupa Komisyonu'na üye devletler için elektronik araçların enerji, güvenlik ve pişirme performanslarına ait sınıflandırmaların belirlenmesinde günümüzde kullanılan EN 50304, EN 60335 ve IEC 60350 ve geçmişte kullanılan CENELEC ? 1984 birleştirilerek en geniş kapsamlı irdelemeye gidilmeye çalışılmıştır. Söz konusu standartlar, fırın ısıl ataleti, fırın ısıl direnci, fırın ısıl yükü ve nem derişikliğinin fırın ısıl performansı üzerindeki etkilerini ayrı ayrı gözlemleyebilmek için yeterli deneysel çeşitliliği sunmaktadırlar. Tez çalışmasında standartlarda yer alan maddeler bu kıstaslar ölçüsünde değerlendirilmiştir. Oluşturulan çalışma metodolojisi, mevcut fırınların ısıl performanslarının farklı kriterlere göre yorumlanması konusunda ileride yapılacak çalışmalar için bir basamak oluşturmak amacını gütmektedir. Standart enerji tüketim deklarasyonlarındaki nihai enerji tüketimi ve deney süresi değerleri ile yetinilmeyip termostatik çevrim bazlı ve ısıl yük ısınma hızı bazlı irdelemeler yapılarak yorumlama görüngesi genişletilmeye çalışılmıştır.Son olarak, enerji değerlerinin açıklanmasında kullanılan standart regresyonel yaklaşım üzerinde belirsizlik analizi yapılarak elde edilen enerji tüketim verileri tekrarlanabilirlik ve karşılaştırılabilirlik açısından değerlendirilmiştir. Varolan standarttaki deney konrol aralıklarının doğruluk payı yüksek bulgulara ulaşabilmek açısından ne kadar iyi kısıtlar sunduğu tartışılmış ve termostatik çalışmanın standart sapma üzerindeki etkileri ortaya konmuştur. Bölümün son kısmında standart sapmanın olabildiğince düşürülmesi için bir termostatik çalışma metodolojisi oluşturularak ileride yapılacak çalışmalar için hassas olan noktalar ayrıca vurgulanmıştır.

Abstract:
Depending on the evolving apprehension of consumers in kitchen design, built-in oven finds itself an increasing market share in domestic electrical oven sales. Most commonly, built-in oven ventilation systems differ from conventional free standing ovens. Built-in oven ventilation system, which has the main purpose of cooling down oven components, is linked with chimney discharging moisture and air from internal cavity. This relation between oven chimney and ventilation system affects the property of air discharging, and therefore, the property of air accomodating the internal cavity. Consequently, it has a notable role in overall energy consumption and cooking performance. On the other hand, due to its location inside furniture, temperature rises for built-in ovens on control board, external compartment and components exceed typical domestic elertrical ovens. Thus, built-in oven ventilation system determines the heating characteristics of oven construction which ought to be kept below standart safety values. In this study, ventilation system parameters in built-in ovens which are considered to have markable impact on energy consumption and external compartment heating characteristics are experimentally investigated.Primarily, a search in literature about oven energy consumption and cooking performance was carried out. All parameters affecting thermal performance of domestic electric ovens are brought out by relevant experimental studies. Beyond investigating methodology and experimental planning, literature study is also emphasized on the classification of thermal performance criterions. In literature, it?s observed that studies on domestic electric ovens classify the effects of parameters in respect of heating conditions and overall heating time and qualitatively graded after evaluating the results. In thesis, the main pattern to be followed for evaluating and classifying results is formed by using criterions which are previously used by studies in literature. Besides, lots of data was utilized form previous experimental investigations, even if they were not directly linked with the aim of that studies.The main body of the study is gathered under two sections. First one focuses on the comparison of thermal performances of two non-modified built-in domestic ovens possessing product codes: 9630 PMI and OIM 24300 B. The leading goal beyond this comparison is to determine the basic parameters affecting energy consumption (thermal resistance, thermal capacity, infiltration etc.) clearly, and distinctively from other effects. The evaluation of results from this section will guide and form a template for future studies about comparisons between ovens with different thermal characteristics. Second section focuses on the effects of modifications in ventilation parameters on thermal performance and external compartment heating for the oven with mechanichal control board (9630 PMI). All the modifications on ventilation system are coded by experimental design principals and results are evaluated by multiple view points.The experimental process is planned and conducted fully compatible with the standart procedure. Beyond the evaluatios of results with respect to overall energy consumption and cooking time, examination extended by taking termostatic cycles and thermal load heating ratio under consideration. This point of view only differs in data processing and does not alter the standart experimental procedure. Experiments were always conducted in a tightly standart manner. For the most extensive investigation, standarts commonly in use today for EC (EN 50304, IEC 60350 & EN 60335) is combined with former reigning standart CENELEC ? 1984. This combination is sufficient enough to make distinction between the effect of thermal capacity, thermal resistance, thermal load and infiltration on energy consumption, compartment temperature safety and heat distribution inside the cavity. Every item on standart procedure is investigated for clear parametric study and distinctive classification. Designing experimental methodology based on standardized items helped to conciliate overall declaration and deeper examination. Hence, thermal performance is presented not only with regression values, but with energy consumption versus time, cycle and thermal load central temperature graphics to help a more efficient evaluation.At last section, uncertanity analyses is done for regressional energy consumption values. The main purpose on this analyses is to interpret results with respect to repeatability and comparability. Standarts are criticised regarding sufficiency of their restrictions in order to supply a reasonable standart deviation value. Moreover, a detailed study on uncertainity of thermostatic running for ovens is carried out in order to improve comparability of each modified oven ventilation code with other. Lastly, a thermostatic methodology is introduced for future studies for getting more certain results, and indeed smaller standart deviation values.