Effects of insulation parameters on the energy consumption in domestic ovens and the most efficient insulation design

Abstract

L'étude de l'isolation et de ses paramètres présente certaines difficultés par rapport aux autres facteurs qui affectent la consommation d'énergie. D'autre part, non seulement les études computationnelles, mais aussi les études expérimentales sont importantes pour comprendre le flux de chaleur et de fluide dans les fours domestiques. En ayant une connaissance de l'effet des paramètres d'isolation sur la consommation d'énergie, obtenir des conceptions efficaces se fera facilement. Cette étude se concentre sur la décision de la conception optimale de l'isolation, en diminuant les ponts thermiques sur elle-même. Tout d'abord, des expériences sont effectuées pour déterminer la région de chaleur excessive sur l'isolation d'un four de référence. Ces expériences sont également complétées par deux configurations de thermocouple différentes à différentes températures et des cartes isothermes sont générées pour les surfaces intérieures et extérieures du châssis. L'isolation du four de référence est également scannée par caméra thermique. Les résultats des zones surchauffées et des images de la caméra thermique sont comparés les uns aux autres. Différents modèles d'isolation sont conçus sur la base de la comparaison des conclusions. Des expériences de consommation d'énergie standard sont effectuées pour chaque conception d'isolation en mode de fonctionnement, le mode dominant dans le transfert de chaleur étant la convection forcée. L'isolation la plus efficace a été scannée à nouveau par caméra thermique et ces images thermiques ont montré qu'elle diminuait les zones surchauffées sur la surface extérieure du châssis. Les études expérimentales ont montré que la consommation d'énergie du four domestique a diminué de 4,5% avec le nouveau design d'isolation.Estudiar el aislamiento y sus parámetros tiene algunas dificultades en comparación con los otros factores que afectan el consumo de energía. Por otro lado, no solo los estudios computacionales, sino también los estudios experimentales son importantes para comprender el calor y el flujo de fluidos en los hornos domésticos. Al tener conocimiento sobre el efecto de los parámetros de aislamiento en el consumo de energía, se obtendrán diseños eficientes fácilmente. Este estudio se centra en decidir el diseño óptimo del aislamiento, disminuyendo los puentes térmicos sobre sí mismo. En primer lugar, se realizan experimentos para determinar la región de calor excesivo en el aislamiento de un horno de referencia. Además, estos experimentos se completan con dos diseños de termopares diferentes en varias temperaturas y se generan mapas de isotermas para las superficies interiores y exteriores del chasis. El aislamiento del horno de referencia también se escanea con una cámara térmica. Los resultados de las áreas sobrecalentadas y las imágenes de la cámara térmica se comparan entre sí. Se diseñan diferentes diseños de aislamiento en la comparación de las conclusiones. Los experimentos de consumo de energía estándar se realizan para cada diseño de aislamiento en el modo de trabajo, que el dominante en la transferencia de calor es la convección forzada. El aislamiento más eficiente fue escaneado nuevamente por una cámara térmica y estas imágenes térmicas mostraron que disminuía las áreas sobrecalentadas en la superficie exterior del chasis. Los estudios experimentales mostraron que el consumo de energía del horno doméstico disminuyó un 4,5% con el nuevo diseño de aislamiento.Studying on insulation and its parameters has some difficulties comparing to the other factors which affect energy consumption. On the other hand, not only computational studies, but also experimental studies are important in understanding the heat and fluid flow in domestic ovens. By having knowledge onhow insulation parameters effect on the energy consumption, getting efficient designs will come through easily. This study focuses on deciding optimum insulation design, by decreasing thermal bridges over itself. Firstly, experiments are performed for determining excessive heat region on a reference oven's insulation. Also these experiments are completed with two different thermocouple layouts in various temperatures and isotherm maps are generated for innerand outer chassis surfaces. Reference oven's insulation is also scanned by thermal camera. The results of overheated areas and thermal camera images are compared with each other. Different insulation designs are devised on the comparison of the conclusions. Standard energy consumption experiments are performed for each insulation designs under the working mode, which the dominant one in heat transfer, is forced convection. The most efficient insulation was scanned again by thermal camera and these thermal images showed that it decreased overheated areas on outer chassis surface. The experimental studies showed that energy consumption of the domestic oven decreased 4.5% with the new insulation design.تواجه الدراسة على العزل ومعلماته بعض الصعوبات مقارنة بالعوامل الأخرى التي تؤثر على استهلاك الطاقة. من ناحية أخرى، لا تعتبر الدراسات الحسابية فحسب، بل أيضًا الدراسات التجريبية مهمة في فهم الحرارة وتدفق السوائل في الأفران المنزلية. من خلال معرفة كيفية تأثير معلمات العزل على استهلاك الطاقة، سيأتي الحصول على تصاميم فعالة بسهولة. تركز هذه الدراسة على تحديد تصميم العزل الأمثل، من خلال تقليل الجسور الحرارية فوق نفسها. أولاً، يتم إجراء التجارب لتحديد منطقة الحرارة الزائدة على عازل الفرن المرجعي. كما يتم الانتهاء من هذه التجارب مع تخطيطين مختلفين للمزدوجات الحرارية في درجات حرارة مختلفة ويتم إنشاء خرائط متساوية الحرارة لأسطح الشاسيه الداخلية والخارجية. يتم أيضًا فحص عزل الفرن المرجعي بواسطة الكاميرا الحرارية. تتم مقارنة نتائج المناطق المحمومة وصور الكاميرا الحرارية مع بعضها البعض. يتم وضع تصميمات عزل مختلفة عند مقارنة الاستنتاجات. يتم إجراء تجارب قياسية لاستهلاك الطاقة لكل تصميم عزل في ظل وضع العمل، والذي يكون الحمل الحراري المهيمن في نقل الحرارة. تم مسح العزل الأكثر كفاءة مرة أخرى بواسطة الكاميرا الحرارية وأظهرت هذه الصور الحرارية أنه يقلل من المناطق المحمومة على سطح الهيكل الخارجي. أظهرت الدراسات التجريبية أن استهلاك الطاقة للفرن المنزلي انخفض بنسبة 4.5 ٪ مع تصميم العزل الجديد.