Тепловая модель дома

Открытая модель

В этом примере показано, как использовать Simulink®, чтобы создать тепловую модель дома. Это системные модели наружная среда, тепловые характеристики дома и система отопления дома.

sldemo_househeat_data.m файл инициализирует данные в рабочем пространстве модели. Чтобы внести изменения, можно отредактировать рабочее пространство модели напрямую или отредактировать файл и перезагрузить рабочее пространство модели. Чтобы просмотреть рабочее пространство модели, от вкладки Simulink Editor Modeling, нажимают Model Explorer.

Открытие модели

Откройте sldemo_househeat модель

Рисунок 1: обогревающая модель палаты

Инициализация модели

Эта модель вычисляет нагревающиеся затраты для типового дома. Когда модель открыта, она загружает информацию о доме из sldemo_househeat_data.m файла. Файл делает следующее:

  • Задает геометрию дома (размер, количество окон)

  • Задает тепловые свойства материалов дома

  • Вычисляет тепловое сопротивление дома

  • Обеспечивает характеристики нагревателя (температура горячего воздуха, скорости потока)

  • Задает стоимость электричества (0,09$/kWhr)

  • Задает начальную комнатную температуру (20 градусов. Цельсия = 68 градусов. Фаренгейт)

  • Примечание: Время дано в модулях часов. Определенные количества, как воздушная скорость потока, выражаются в час (не в секунду).

Компоненты модели

Сетбол

"Сетбол" является постоянным блоком. Это задает температуру, которая должна быть обеспечена в закрытом помещении. Это - 70 градусов по Фаренгейту по умолчанию. Температуры даны в Фаренгейте, но затем преобразованы в Цельсия, чтобы выполнить вычисления.

Термостат

"Термостат" является подсистемой, которая содержит блок Relay. Термостат позволяет колебания 5 градусов по Фаренгейту выше или ниже желаемой комнатной температуры. Если температура воздуха опускается ниже 65 градусов по Фаренгейту, термостат включает нагреватель. Смотрите подсистему термостата ниже.

Откройте подсистему Термостата

Рисунок 2: подсистема "термостата"

Нагреватель

"Нагреватель" является подсистемой, которая имеет постоянный уровень воздушного потока, "Mdot", который задан в sldemo_househeat_data.m файле. Сигнал термостата включает или выключает нагреватель. Когда нагреватель работает, уносит горячий воздух в температурном Театре (50 градусов Цельсия = 122 градуса по Фаренгейту по умолчанию) в постоянной скорости потока жидкости Mdot (1kg/sec = 3600kg/hr по умолчанию). Тепловой поток в комнату выражается уравнением 1.

Уравнение 1

$$\frac{dQ}{dt}=\left( T_{heater} - T_{room} \right) \cdot Mdot \cdot c$$

$$\frac{dQ}{dt} = \mbox{ heat flow from the heater into the room}$$

$$c = \mbox{ heat capacity of air at constant pressure}$$

$$Mdot = \mbox{ air mass flow rate through heater (kg/hr)}$$

$$T_{heater} = \mbox{ temperature of hot air from heater}$$

$$T_{room} = \mbox{ current room air temperature}$$

Откройте подсистему Нагревателя

Рисунок 3: подсистема нагревателя

Расчет стоимости

"Расчет стоимости" является блоком Gain. "Расчет стоимости" интегрирует тепловой поток в зависимости от времени и умножает его на стоимость энергии. Стоимость нагревания показывается на построенном графике в осциллографе "PlotResults".

Дом

"Дом" является подсистемой, которая вычисляет изменения комнатной температуры. Это учитывает тепловой поток от нагревателя и потерь тепла к среде. Потери тепла и производная по времени от температуры выражаются уравнением 2.

Уравнение 2

$$\left( \frac{dQ}{dt} \right) _{losses} = \frac{T_{room}-T_{out}}{R_{eq}}$$

$$\frac{dT_{room}}{dt} = \frac{1}{M_{air} \cdot c} \cdot \left( \frac{dQ_{heater}}{dt} - \frac{dQ_{losses}}{dt} \right) $$

$$M_{air} = \mbox{ mass of air inside the house}$$

$$R_{eq} = \mbox{ equivalent thermal resistance of the house}$$

Открытая подсистема палаты

Рисунок 4: подсистема палаты

Моделирование среды

Мы моделируем среду как теплоотвод с бесконечной теплоемкостью и время различным температурным Спекулянтом. Постоянный блок "Avg Outdoor Temp" задает среднюю температуру воздуха на открытом воздухе. "Ежедневное Временное Изменение" блок Sine Wave генерирует ежедневные температурные колебания наружной температуры. Варьируйтесь эти параметры и смотрите, как они влияют на нагревающиеся затраты.

Выполнение симуляции и визуализация результатов

Запустите симуляцию и визуализируйте результаты. Откройте осциллограф "PlotResults", чтобы визуализировать результаты. Стоимость тепла и внутренний по сравнению с наружными температурами построена на осциллографе. Температура вне помещения варьируется синусоидально, тогда как в закрытом помещении температура обеспечена в 5 градусах по Фаренгейту "Сетбола". Ось времени помечена в часах.

Рисунок 5: Результаты симуляции (ось времени, помеченная в часах)

Согласно этой модели, это стоило бы приблизительно 30$, чтобы нагреть дом в течение двух дней. Попытайтесь варьироваться параметры и наблюдайте отклик системы.

Комментарии

Эта конкретная модель спроектирована, чтобы вычислить нагревающиеся затраты только. Если температура внешнего воздуха будет выше, чем комнатная температура, комнатная температура превысит желаемый "Сетбол".

Можно изменить эту модель, чтобы включать кондиционер. Можно реализовать кондиционер как модифицированный нагреватель. Для этого добавьте параметры как следующее к sldemo_househeat_data.m.

  • Отвод холодного воздуха

  • Температура потока от кондиционера

  • КПД кондиционера

Необходимо было бы также изменить термостат, чтобы управлять и кондиционером и нагревателем.

Смотрите также

|

Похожие темы

Документация Simulink
Поддержка
Для просмотра документации необходимо авторизоваться на сайте